Здание церкви выполнено из красного кирпича на белокаменном цоколе. Объёмно-планировочное решение храма корабельного типа. Архитектурный объём здания состоит из колокольни, трапезной, четверика храма, полукруглой аспиды алтаря и боковых приделов. Храм восьмистолпный. Четверик храма венчается восьмигранным световым барабаном, имеющим поскатное покрытие по лоткам свода, и завершается небольшой главкой в форме луковицы на кирпичной шейке и металлическим крестом.

Трёхъярусная колокольня имеет также поскатное покрытие по лоткам свода и завершается меньшей по размерам луковичной главкой и крестом. Венчающие карнизы выполнены с использованием блоков из белого камня. Фасады здания имеют как вертикальное членение спаренными пилястрами, расположенными в простенках между оконными проёмами, так и горизонтальное членение карнизными поясками. Оконные проёмы с полуциркульными перемычками оформлены широкими архивольтами.

Храм в с. Сухая Вязовка Самарского уезда в 1825 г. В 1895–1897 гг. здание церкви перестроили и расширили (его общая площадь составляла 423,5 кв. м). Главный престол в честь Святого Великомученика Димитрия Солунского 30.08.1900 освятил епископ Гурий (Буртасовский). Храм был каменным, тёплым, с каменной колокольней и вмещал до 1,5 тыс. человек. При церкви имелись библиотека и земское училище, основанное в 1862 г., а также церковная школа грамоты, открытая в 1891 г.

Церковь была закрыта в 1925 г. В 1960–1990 гг. в здании церкви находился склад зерна. 04.10.1990 в храм был назначен настоятель, а 07.04.1991 состоялась Божественная литургия. В храм вернулись иконы, сохранённые жителями села.

В январе 2007 г. специалистами министерства культуры Самарской области был произвели технический осмотр храма. В акте технического состояния было отмечено, что «…многочисленные трещины по наружным несущим стенам и перекрытиям сводов в приделах свидетельствуют о не­равномерных просадках здания; под трапезной нарушена целостность фундамента; по кирпичной кладке фронтонов северного и южного входов имеются наклонные трещины; наличие высолов по штукатурному слою перекрытий над северным и южным входами свидетельствует о необходимости проведения ремонтных работ по ендовам на данных участках крыши; вследствие отсутствия покрытий над выступающими элементами по фасадам отмечены выветривание кладочного раствора и структурное разрушение кирпича по данным декоративным элементам».

В настоящий момент большинство из запланированных ремонтно-реставрационных работ выполнено.

На основании распоряжения главы администрации Самарской области № 426 от 06.05.1993 церковь во имя Дмитрия Солунского зарегистрирована в Сводном списке выявленных объектов культурного наследия, расположенных на территории Самарской области.