Kilise, Ayios Dimitrios Kilisesi olarak da bilinmektedir. 16. yy.da, Aya Dimitri Kilisesi’nin bulunduğu yerde Ayios Athanasios Kilisesi bulunmaktaydı. Kasımpaşa’da bulunan Aya Dimitri Ortodoks Kilisesi, cami olarak kullanılmaya başlanınca, kilise cemaati, Tatavla tepesinde yer alan Ayios Athanasios Kilisesi’ne gitmeye başlamış ve kiliseyi Ayios Dimitrios Kilisesi olarak kabul etmiştir. Zamanla kilisenin adı Ayios Dimitrios Kilisesi olarak değişmiştir. Kilisenin bulunduğu yerleşim bölgesi de ‘Ayios Dimitrios Tepesi’ olarak anılmaya başlanmıştır.

Kilisenin ilk inşa tarihi bilinmemekle beraber, 1576 yılında İstanbul’a gelen Gerlach isimli gezgin, seyahatnamesinde kiliseden bahsetmiştir. Kilisenin duvarında yer alan kitabeden 1726 ve 1798 yıllarında restore edildiği anlaşılmaktadır. Kilise, dikdörtgen planlı ve 5 neflidir. Orta nef üzerinde bulunan üst örtü iç mekânda tonoz olup yoğun bezemelidir. Yapının çatısı ise iki yönde kırma çatı ile örtülüdür. Yapının iç mekânında ikonostasis altın kaplamalı ve dikkat çekicidir. Yapının apsis bölümü doğu cephesinde çıkma yapmaktadır. Güney yönündeki girişinde, yuvarlak kemer içerisinde fresk yer almaktadır. Kilisenin kuzeydoğu köşesinde bulunan çan kulesi, 1857 yılında inşa edilmiştir. Kilisenin bahçesi, 1865 yılında çıkan definlerin kilise avlularına gömülme yasağına kadar mezarlık olarak kullanılmıştır. Kilisenin bahçesinde Ayios Haralambos Ayazması yer almaktadır.