Упоминание о храме встречается в «Топографическом описании Курской губернии» (1784 г.), где записано: «во оном селе церковь деревянная во имя святого великомученика Димитрия Солунского, при которой священно- и церковнослужительских дворов пять, во оных душ 15». В клировой ведомости за 1837 г. сообщается: «деревянное здание церкви, с такой же колокольней, покрытой железом», было построено в 1782 г. ( наличие в госархиве метрических книг за 1775 г. предполагает более раннюю дату сооружения храма).
Земли при церкви имелось: усадебной 3 дес., пашеной и сенокосной 66 дес. В церкви служили два священник: Никита Яковлевич Харланов и Стефан Иванович Олёхин. Прихожанами церкви были однодворцы с. Чёрный Олёх: 319м ., 331 ж. (58 дворов ); дер. Будищи: 533 м., 498 ж. (88 дворов); дер. Осипова Лука: 157 м., 150 ж. (28 дворов). Раскольников беспоповского толка насчитывалось 30 чел.
В 1857 г. тщанием прихожан было построено новое здание церкви под названием Димитриевская. К приходу церкви относились дер. Осипова Лука, Будищи. В 1908 г. православных прихожан насчитывалось 1300 чел., раскольников и сектантов – 170. В клировой ведомости за 1916 г. сообщается, что земли при церкви имелось 3 дес., пахотной — 83 дес. 2160 кв. саж., сенокосной — 6 дес., причт пользовался ею вместе с крестьянами в общем владении. Качество церковной земли оценивалось как среднее. Средний доход, приносимый от земли, составлял 400 руб.
Здание церкви было деревянным, на каменном фундаменте, с такой же колокольней в одной связи. В церкви имелся один престол во имя святого великомученика Димитрия Солунского. В 1914 г. заложена каменная церковь.
В с. Чёрный Олёх в 1916 г. насчитывалось: домов – 151 , в них проживали 594 м., 525 ж.; в дер. Осипова Лука – 58 домов с количеством душ: 250 м., 235 ж., в дер. Будищи — 228 домов, 784 м., 747 ж. Всего в приходе имелось 437 домов, 1628 м., 1507 ж., из них духовных лиц — 5 м., 15 ж. (3 дома); крестьян – 1623 м., 1492 ж. (434 дома); раскольников – 79 м., 74 ж. (38 хозяйств); сектантов -1 м., 3 ж.
В приходе действовали 3 земские школы: одна из них – в с. Чёрный Олёх, в 1913 г. была преобразована в двухклассное образцовое училище. С 1911 г. священником Дмитриевской церкви определён Яков Иванович Соколовский, 28 лет. Он же состоял законоучителем в двухклассном образцовом училище. В церковной библиотеке имелся 51 том духовной литературы. Близлежащими к Дмитриевской церкви были Троицкая церковь с. Воробжи (в трёх верстах), Михаило-Архангельская церковь с. Козырёвки (в трёх верстах).
После принятия в 1918 г. декрета СНК РСФСР «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» Димитриевская церковь продолжала действовать.
В «Описи церкви и церковной утвари Димитриевской церкви с. Чёрный Олёх», составленной в декабре 1920 г., указано: церковь деревянная, крытая железом, на каменном фундаменте, имеется 4 медных колокола, иконостас – деревянный, позолоченный, икон разного размера — 100 (из них 35 ветхих), крестов на престол 8 (2 серебряных, 1 медный, 5 жестяных ) и др. церковное имущество.
Во время оккупации в период Великой Отечественной войны богослужения были возобновлены в помещении церковной сторожки. 26 октября 1944 г. в с. Чёрный Олёх был зарегистрирован молитвенный дом, в 1950-х гг. располагался в арендованном помещении. В «Общем списке приходов и церквей Курской епархии» на 1 января 1960 г. указан Димитриевский храм с. Чёрный Олёх. В последующие годы церковь оставалась действующей. В соответствии с законом РСФСР «О свободе вероисповедания» от 25.10.1990 г. зарегистрирован православный приход Димитрия Солунского с. Чёрный Олёх (5 июня 1991 г. № 69). В соответствии с Федеральным законом «О свободе совести и о религиозных объединениях» от 26.09.1997 г. возобновлена регистрация религиозной организации православного прихода Димитрия Солунского в с. Чёрный Олёх (7 декабря 1999 г. № 177р).
