На день сегодняшний известно, что симская каменная во имя святого великомученика Димитрия Солунского церковь, была построена в 1760-1762 гг. на средства основателей Симского завода И.Б. Твердышёва и И.С. Мясникова. О наличии каменной церкви в Симе в тот период свидетельствуют и руководители двух натуралистических экспедиций П.С. Паллас и И.И. Лепёхин, посетившие Симский завод в 1770 году. Вот, например, какую запись от 19 мая того года оставил в своих путевых дневниках П.С. Паллас: «Дворы, принадлежащие заводским людям, лежат на левой стороне реки Сим, ниже плотины, выстроены и разделены на правильные улицы, числом до 160. Около молотовых оставлено пустое место, на коем стоят нововыстроенная каменная церковь, не худой жилой деревянный господский дом с садом и заводская контора». А вот показания другого путешественника, будущего академика и друга М.В. Ломоносова Ивана Ивановича Лепёхина, побывавшего в Симе 19-20 августа 1770 года: «…на Симском заводе чугуну не плавится, но привозят оной или с Катавского или Юрезенского завода. Но ныне по обыскании в окружности руд, строится и для выплавки чугуна доменная с одною домною, так же как и изрядная каменная церковь» (орфография 18-го века).
Почему вновь выстроенный в Симе каменный храм был назван Дмитриевским? Может быть потому, что освящение его состоялось в день памяти великомученика Димитрия Солунского, 8 ноября (по новому стилю). Но есть и другая версия: дом—особняк И.С. Мясникова в Москве находился как раз напротив церкви Димитрия Солунского (это угол Тверской улицы и Страстной площади), прихожанами которой были И.С. Мясников и всё его семейство. В память об этом горнозаводчик пожелал дать такое же название и храму, построенному на далёком от Москвы Южном Урале. Возможно, правильными являются оба предположения.
В мае 1774 года, во время захвата Симского завода мятежной командой пугачёвцев под руководством Салавата Юлаева и его отца Юлая Азналина, Дмитриевский храм подвергся осквернению и сожжению. Сгорела и предшествующая ему деревянная церковь, как впрочем, и большая часть заводских построек и крестьянских дворов. Во время осады был убит в числе десятков других симчан и первый священник храма отец Симеон Львов, организовавший сопротивление бунтовщикам.
После восстания, в 1774-75 гг. церковь была «починкою исправлена». Но коренной реконструкции подверглась значительно позже – в 1820-21 годах, согласно прошению в Оренбургскую духовную консисторию владелицы заводов Симского горного округа полковницы И.И. Бекетовой (урождённой Мясниковой) и на её средства. Автором утверждённого архитектором Оренбургской губернии Щербаковым проекта перестройки церкви выступил Ефим Герасимович Малютин, один из талантливых учеников великого московского зодчего Матвея Фёдоровича Казакова. В то же время, при сопоставлении полученного из Российского государственного исторического архива проектного рисунка, выполненного Е.Г. Малютиным, с фотографией храма, сделанной в 1902 году (в момент подъёма на звонницу нового большого колокола «Благовест»), обнаруживается существенное их несоответствие. Это говорит о том, что мастера и кураторы реставрационных работ в 1820-21 гг. по каким-то неизвестным причинам вынуждены были отступить от первоначального творческого замысла Е.Г. Малютина.
В Миньярском краеведческом музее был найден проект Симской церкви, выполненный архитектором Е.Г. Малютиным в 1819 году.
После устройства нового иконостаса и святого престола церковь вновь была освящена в 1872 году.
В таком виде она и дошла до рокового 1929 года, до своего закрытия большевиками. В начале 1930-х годов воинствующими атеистами посёлка были полностью разрушены колокольня и купол церкви. Из оставшегося «обрубка» власти сделали пожарное депо. В годы Великой Отечественной войны здесь разместили заводскую столовую, а в последующие десятилетия усечённое помещение церкви было превращено в склад отдела снабжения… Лишь осенью 1990 года здание храма власти вернули прихожанам по их многочисленным требованиям. «И к Пасхе 1991 года, — свидетельствует староста прихода Л.Н. Гаврилова, — мы уже служили первую службу. Правда, без священника, как могли, пели хором и читали молитвы с бабушками».
В 2010 году благодаря финансовой и материальной помощи ОАО «Агрегат» над крышей Дмитриевской церкви взметнулся ввысь ансамбль из шести небольших куполов: центральной луковицы и пяти маковок, увенчанных позолоченными крестами, что придало зданию более привлекательный и узнаваемый для православного храма вид.
