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.
Цялата история на уникалната църква може да прочетете в Под тепето.
