Основите на храм "Свети Димитър" са положени преди 800 години, по времето на цар Иван Асен II. В сегашният си църквата е осветена на 18 януари 1838 година
Средства за продължаването на строежа били дарени от заможните пловдивчани
Храмът е построен на тераса откъм северната страна на високата част на хълма Джамбаз тепе на Трихълмието. Това го прави най-високо изградената християнска обител на територията на града. На това място в началото на XIX в. съществувала полуразрушена късносредновековна черква, посветена на св. Димитър Солунски Чудотворец.
Средства за продължаването на строежа били дарени от заможните пловдивчани Иван Политоглу, Вълко и Стоян Теодорович Чалъкови, Стоян Куртович Чалъков, Искро Кесяков, Тодор Вълкович и други. Антон Камизопулос, търговец в Москва от гръцки произход, родом от Пловдив, подарил ценни църковни утвари за наредбата на олтара: украсено с обкови четвероевангелие, кандила и одежди за свещениците. Значителна помощ оказали и българите от „Каршияка“, пловдивския квартал на северния бряг на река Марица, които поради липса на свой енорийски храм се черкували в „Св. Димитър“. Немалко били парите за строеж, събрани от почти всички най-известни пловдивски занаятчийски еснафи: абаджийския, кафтанджийския, бакалския, шивашкия и други. Средства дошли и от съотечественици- пловдивчани, занимаващи се с търговия в Будапеща, Виена, Одеса и Акерман (Белгород). Дарения имало от околните селища – Перущица, Станимака (Асеновград), Карлово и Сопот.
снимка: уикипедия
Вероятно храмът е построен от известния брациговски майстор Стою Иванов. Той издигнал представителна трикорабна псевдобазилика, чиято западна фасада е оформена от открит притвор с тържествена мраморна колонада. Колоните са масивни и завършват с тежки капители, поддържащи полукръгли арки. Над притвора е изградена емпория, отворена навътре към храма като балкон.
Шест двойки каменни колони разделят наоса на три кораба. Свързващите ги полукръгли арки носят масивно изградените с родопски бигор полуцилиндрични сводове. Подът е изцяло покрит с бели мраморни плочи, а в средата на централния кораб са оформени мозаечни розети от цветен камък.
Най-впечатляващ е мраморният иконостас, единствен паметник от този род в нашето възрожденско изкуство. Той е създаден през 1860-1869 г. от одрински и местни каменоделци, ръководени от гръцкия художник А. Калумен. Средствата за скъпия и представителен иконостас са дарени от видния жител на енорията Иван Г. Политоглу.
Строгата права линия, с която иконостасът започва горе, от север и юг се възвисява към средата с амфитеатрални чупки над царските двери, за да завърши с две мраморни дъги, между които е втъкнато голямо мраморно разпятие.
Църквата е един от символите на Пловдив и в сегашния си вид е част от пейзажа на града вече 180 години.
Мраморната църква, както я наричат пловдивчани, след дълги години в упадък по време на социализма и ранната демокрация, е възобновена преди 11 години от сдружение „Свети Димитър“. 25 пловдивчани, кръстени на светеца, се събират през 2003 година за да финансират възраждането на храма. Така след няколкогодишна реставрация храмът е наново открит за редовни служби на Димитровден 2007 година.
Работата продължава и през периода 2007-2009 година църквата е изцяло обновен и ремонтирана. Част от иконите са реставрирани от доц. Миглена Прашкова (ръководителят на катедра „Църковни изкуства“ в Православния богословски факултет на Великотърновския университет и реставратора Стефко Аенски (секретар на секция „Реставрация“ към Съюза на българските художници и член на управата на Асоциацията на реставраторите в България).
Днес, на 26 октомври, българската православна църква отбелязва деня на Св.Димитрий Мироточиви (Солунски) - Димитровден, а Мраморната светиня има храмов празник.
Храмовата икона е със сребърен обков около лицето на Св. Димитър.
Камбанарията е по проект на арх. Йосиф Шнитер.
