Храм в селе Клявлино был построен в 1896 году тщанием прихожан и при помощи Самарского епархиального комитета Миссионерского общества, такжевыделявшего средства. Он стал частью программы епископа Гурия Буртасовского по просвещению поволжских «инородцев» светом Христовой веры. Храм, рассчитанный на 500 человек, был деревянным на каменном фундаменте, крытый железом, холодный. При нем находилась деревянная колокольня. Престол один – в честь святого великомученика Димитрия Солунско-го. Освящение престола совершил 10 апреля 1898 года благочинный 4-го округа Бугурусланского уезда, священник села Смолькова И. М. Боголюбов.
До 1900 года храм функционировал как «церковь-школа». Храму полагался причт в составе одного священника и одного псаломщика. Дома для них были построены в 1899 году. Кроме того, при храме имелисьсторожка, дом просфорни и баня для причта. Приходская библиотека насчитывала в 1912 году 160 томов. На примере клявлинского прихода очень хорошо видна проблема чересполосицы причтовых земель, весьма актуальная в синодальный период. Выделявшие земли сельские общества не всегда заботились об удобстве пользования этими землями. Так, при открытии прихода в Клявлино церковная земля была отведена в трёх полях по 11 десятин в каждом. Участки эти оказались весьма неудобны для использования. В 1914 году причт церкви в своем рапорте писал: «Из 3-х два поля нужно считать неудобными для пользования посевами тем, что, соприкасаясь с крестьянскими выгонами, подвергаются всегда потравам».
В 1898 году в Клявлино открылась одноклассная смешанная церковно-приходская школа. В 1902 году такая же школа открылась и в деревне Петропавловской. Здания учебных заведений были деревянные, крытые железом. В 1912 году в обеих школах обучалось 62 мальчика и 25 девочек. В приходе состояло три населённых пункта. Население с. Клявлино было смешанным, преобладали чуваши, а также мордва. Русских числилось всего 40 дворов. Деревни Петропавловка и Александровка были чисто русскими по этническому составу населения. Кроме крестьян и духовенства, в приходе было 44 двора мещан.
В 1900 году в Клявлино назначили священником Гавриила Ивановича Перепёлкина, происходившего из чувашских крестьян. С 1883 года по 1893 год просветитель трудился окружным миссионером 3-го благочиннического округа Бугульминского уезда по линии Самарского епархиального комитета Миссионерского общества. Результатом его трудов стало крещение 63 язычников. В 1884–1893 годах о. Гавриил занимал должность наблюдателя церковно-приходских школ того же округа. 22–28 августа 1899 года он участвовалв съезде деятелей инородческого просвещения, который проходил в Самаре и собрал священников и учителей из поволжских епархий. Помогал священнику в его просветительной работе псаломщик Феодот Петров, тоже этнический чуваш.
После закрытия в 1930-е годы храм первое время пустовал. В период Великой Отечественной войны его переоборудовали в детский дом для беженцев из Украины и Белоруссии. После войны здание передали под клуб, который находился в нём до 1987 года Только в 1990 году храм вернули верующим.
