Начало Свято-Димитриевской (кладбищенской) церкви, устроенной на городском кладбище деревянным зданием, относится к 1810 году, когда в Новочеркасске уже были освящены первые деревянные молитвенные храмы: Александро-Невский и Троицкий, не считая освященного еще в 1805 году временного деревянного Вознесенского собора. Осенью 1810 года деревянная кладбищенская церковь во имя святого великомученика Димитрия Солунского с приделом во имя святого пророка Илии была освящена и при ней были построены деревянная колокольня и "досчатая ограда".
Весной 1821 года священник Димитриевской церкви Иосиф Персиянов докладывал Войсковой канцелярии о том, что имеющаяся вокруг церкви деревянная ограда "от долговременности произошла ныне в совершенную обветшалость", ввиду чего попадали во многих местах опорные столбы. Священник докладывал также о том, что необходимо "поновить" краску на крыше, пришедшую "в повреждение", отремонтировать стены церкви, которые "поразсохлись, пропущают течь и ветер, отчего иногда тушатся свечи". Он предлагает сбить их вместе и обтянуть прочным холстом. В докладе также содержалась просьба на церковных папертях "сделать балконы". Войсковая канцелярия своим утренним решением № 29 от 4 мая 1821 года приказала Войсковому архитектору коллежскому советнику К. С. Амвросимову принять меры к исправлению указанных недостатков.
В 1861 году вместо деревянной церкви была построена церковь каменная (о чем имеется свидетельство в Ведомости о церкви за 1902 год), которая и стоит на своем месте до настоящего времени. По некоторым данным автором проекта каменной Димитриевской церкви был академик архитектуры Иван Осипович Вальпреда ("Голос истории", № 9, 1996 год).
В 1900 году с благословения Архиепископа Донского и Новочеркасского Афанасия началась постройка кирпичного здания церковно-приходской школы при Димитриевской церкви. 27 августа 1901 года состоялось торжество освящения здания новой школы (кирпичное здание на углу улиц Троицкой и Первомайской; в настоящее время в нем располагается воскресная школа храма), в то время как сама школа при кладбищенской церкви была открыта за 4 года до этого.
С устройством в этом районе Новочеркасска в самом красивом здании церковно-приходской школы оживилась и сама приходская жизнь. Появился хор под руководством регента диакона-учителя А.С. Мухина. В здании школы стали проводиться религиозно-нравственные чтения. А через год возникло на базе школы Димитриевское Братство. Устав школьного Димитриевского Братства утвердил 27 марта 1902 года Архиепископ Донской и Новочеркасский Афанасий. 27 января 1903 года состоялось первое годичное собрание членов Димитриевского Братства, призванного "содействовать поддержанию и развитию в приходе народного образования в духе святой православной церкви". Делами Братства, в котором в 1902 году было 48 членов, руководил совет Братства во главе с полковником М.Н. Смирновым. На средства членов Братства закупались учебники и учебные пособия, уголь для отопления, "волшебный фонарь" с картинками и т.д. Для учащихся была устроена бесплатная елка с подарками под Новый 1903 год. В 1903 году число членов Димитриевского Братства возросло. За их счет был устроен новый класс - по рукоделью для девочек. Братство ежегодно отчитывалось о своей работе на страницах "Донских Епархиальных Ведомостей".
В Димитриевской кладбищенской церкви были свои прихожане, живущие в этой западной части города, поэтому она была приходской. В этой церкви отпевали многих известных людей Новочеркасска и Дона. Среди могил священников у церковной ограды, например, в начале февраля 1918 года был похоронен первый выборный Атаман войска Донского со времен Петра Первого Алексей Максимович Каледин (могила не сохранилась). Не сохранились могилы похороненного еще в 1841 году Донского историка В.Сухорукова, сына Наказного Атамана М.Г. Хомутова и многих других, но есть сохранившиеся, хотя и разграбленные или разрушенные захоронения, например, генералов Хрещатицкого, Лютенскова и др.
Судя по публикации газеты "Донские Ведомости" на городском кладбище помимо Димитриевского храма была и часовня ( № 86 от 1 января 1918 года), устроенная в память героев-донцов Первой мировой войны 1914-1918 годов.
Имеется свидетельство о состоянии церкви в советский период в послевоенное время. Так, в письме настоятеля Димитриевской церкви протоиерея Павла Автономова от 12 декабря 1948 г. на имя начальника Инвентаризационного бюро г. Новочеркасска (копии Уполномоченному по делам церквей при Доноблисполкоме и Патриаршее Управление г. Москва) указывается на то, что по прежней оценке стоимости здания храма (переоценка проводилась в Новочеркасске в 1928-1932 годах) оно стоило 56.800 руб. В 1948 г. цена практически удвоилась и стала 135.300 руб. В связи с эти возросла и сумма налога с данного храма на 785 руб. В силу этого настоятель храма спрашивает: "1. На основании каких вычислений повышена эта оценка малого и почти полуразрушенного здания Кладбищенской церкви? 2. Осматривали ли здание церкви перед его переоценкой? 3.Обратили ли внимание на то, что это здание: а) не капитальное, смешанное: из жженого кирпича, с слабым фундаментом, с деревянными полами и потолком (без сводов); б) что осадка фундамента под всеми стенами грозит разрушением всем стенам; .. е) видимо грунт под зданием храма был изуродован могилами; здание и теперь окружается могилами, которые примыкают к самим стенам храма, а фундамент не достаточно глубок и массивен даже для таких небольших стен с их легкой верхней нагрузкой - двухскатной, деревянной, под железо крышей. 4. Почему это здание, представляющее собою неудачную смешанную кирпично-деревянную стройку, без других капитальных ценностей, оценено было в 56.800 руб., когда первоначальная его стройстоимость не превышала 15-18 тыс. руб., а теперь оценивается чудовищно в 135.300 руб. 5. Если эта стоимость восстановительная, почему не обратили внимание при переоценке, что здание с такими дефектами сдано по типовому договору общине верующих в бессрочное и бесплатное пользование, и на общину возложили ремонт здания? Тогда для чего же чудовищная оценка и напрасные и обидные платежи с общины? Разве Горкомхоз, как таковой, будет когда-либо реставрировать обыкновенные приходские храмы? Прошу Вас переосвидетельствовать здание Кладбищенской церкви и исправить неправильность оценки: не только не оставить оценку в 135.300 руб., но и с прежней оценки 56.800 руб. сбросить не менее 30 %, что было справедливо и более соответствовало бы действительности." Подписали это письмо: настоятель церкви протоирей Павел Автономов, староста церкви Мишустина, казначей Федорищев и член ревизионной комиссии Миненкова.
Постановлением мэра города Новочеркасска № 166 от 4 февраля 1997 года "О регистрации права собственности на недвижимое имущество за приходами Русской Православной Церкви Ростовской-на-Дону епархии Московской Патриархии" здание Свято-Димитриевской церкви было закреплено за приходом этого храма.
