Hagios Demetrios je největším kostelem v Řecku, je postaven na místě mučednické smrti svatého Demetria ze Soluně. První kostel byl na tomto místě postaven na počátku 4. století, kdy nahradil římské lázně, kde byl údajně svatý Demetrius vězněn a popraven. O století později nahradil prefekt jménem Leontios malou oratoř větší trojlodní bazilikou. Kostel, který byl opakovaně ničen požáry, byl nakonec v letech 629 – 634 přestavěn na pětilodní baziliku. Podoba z té doby kostelu zůstala zhruba do dnešních dnů. Byla to nejvýznamnější svatyně ve městě. Kostel měl neobvyklou kapli zvanou ciborium, šestibokou zastřešenou stavbu na jedné straně lodi. Byla pokryta stříbrem. Konstrukce měla dveře a uvnitř byla pohovka. Nezvykle neobsahovala žádné fyzické relikvie světce. Zdá se, že ciborium bylo symbolickou hrobkou. Její pozůstatky jsou dnes k vidění v kryptě přeměněné ve výstavní prostor.
Soluň se stala v roce 1430 součástí Osmanské říše. Přibližně o 60 let později, za vlády Bájezída II., byl kostel přeměněn na mešitu, známou jako Kasimiye Camii. Symbolický hrob však zůstal otevřený pro křesťany. Nádherné mozaiky, pokrývající téměř celý interiér kostela, byly téměř úplně zničeny buď během čtyř století, kdy chrám fungoval jako mešita (1493–1912), nebo při velkém požáru v Soluni v roce 1917, který zničil velkou část města. Zničil také střechu a horní stěny kostela. Po požáru trvala obnova kostela celá desetiletí. Náhrobky z městského židovského hřbitova – zničeného řeckými a německými úřady – byly použity jako stavební materiál při těchto restaurátorských snahách ve 40. letech 20. století. Po zrestaurování byl kostel v roce 1949 znovu vysvěcen.
