Первое упоминание об этом храме встречается в Писцовой книге Торжка 1625 г.: «Храм во имя страстотерпца Христова мученика Димитрия, да в приделе храм во имя Николы чюдотворца, на одном окладе … строение мирское того приходу посацких людей».
Каменное здание церкви было построено в 1824-1835 гг. на средства прихожан и вышневолоцкой помещицы Марии Ивановны Рукиной, которая жила рядом с церковью. Главный престол каменной церкви был посвящён Нерукотворному О6разу Спасителя, приделы — Покрову Богородицы и великомученику Димитрию. В народе её по-прежнему называли Дмитриевской.
Дмитровская церковь была закрыта в 1930-1931 гг. и снесена в 1932 или 1933 гг., материал после её разборки был продан городскими властями строительной организации, возводившей Агрогородок.
http://hram-tver.ru/torjokrn/dmitrsolunsktorjokgor.html
В Димитриевской церкви главный престол посвящён Нерукотворному образу Спасителя, а в трапезной теплой — правый придел посвящен Покрову Пресв. Богородицы, левый — св. великом. Димитрию. Эта церковь начата постройкою, по благословению Тверского архиепископа (впоследствии экзарха Грузии) Ионы, 1824 г., а окончена и освящена в 1835 году, на средства прихожан, при щедром вспомоществовании Вышневолоцкой помещицы Марии Ив. Рукиной, проживавшей в то время в Торжке. Приделы (Покровский и Димитриевский) были построены прежде настоящего храма и освящены еще в 1825 году.
Местночтимыя в этом храме старинныя иконы: Нерукотвореннаго образа Спасителя, св. великомуч. Димитрия (с чудесами), Покрова Пресв. Богородицы, свят. Николая с деяниями и Тихвинской иконы Пр. Богородицы. Об этих иконах упоминается под 1625 г. в писц. книгах П. Норбекова. К древним местночтимым иконам Димитр. храма принадлежит старинная икона Корсунской Божией Матери. Из писцов. книг 1625 г. Потапа Нарбекова видно, что в Торжке существовала в то время церковь во имя св. великом. Димитрия с приделом св. Николая чудотворца — «на одном окладе»… А строение — Божие милосердие, образа и книги и колокол того приходу посацких людей»… Долго-ли существовала эта церковь Димитриевская — неизвестно; прежде ныне существующей каменной церкви — была деревянная во имя св. великом. Димитрия (а не в честь Нерукотворен. образа Спасителя) и, вероятно, уже без придела в честь св. Николая, какого нет и в нынешнем храме. В Димитриевской церкви находится старинное резное изображение св. Николая во весь рост, повидимому, памятник существования в этом храме Николаевского придела. Замечательна по иконописи и сваежести красок, а еще более по рисунку — старинная и, вероятно, бывшая храмовою, икона Рождества Спасителя, по преданию, поступившая в эту церковь из упраздненнаго Рождест. монастыря (таковая же икона в Ильинской церкви и, тоже, говорят, из того же монастыря). Храмовая икона в левом приделе св. великом. Димитрия, в иконостасе; средину иконы занимает изображение св. Димитрия, а вокруг — страдания и чудеса его; всех клейм 18. Икона Корсунской Божией Матери — старинная принадлежавшая старинному роду Холщевниковых, из дома коих она была передана в этот храм в 1850 г. после того, как прекратилась эта фамилия (Холщевниковых).
В гор. Торжке все почти приходския церкви, благодаря щедротам Императрицы Екатерины 2-й, имеют для причтов земли, но храм Димитриевский почему-то более всех других воспользовался этим благодеянием Государыни. Пахотной и сенокосной земли 140 десятин (в д. Дуброве более 21 дес., в Уницах около 19 дес., в Трубицыной — 14 дес. 1058 саж.); выгону на город. земле 15 дес. и четыре места усадебных — для членов причта.
Прихожан при Димитриев. церкви 64 двора, в коих 165 душ муж. пола и 198 жен. (стат. сведения за 1900 г.).Между церковными документами замечена была церков. летопись, хотя не обширная, но обстоятельно составленная.С южной возвышенной паперти (каменной) открывается отличный вид на г. Торжок, на Борисоглебский монастырь и на множество храмов.
По данным Тверского епархиального статистического сборника 1901 года: Димитриевская церковь, построена в 1826 году, каменная, престола три: в холодной Спаса Нерукотворного Образа, в теплой: правый Покрова Пресвятой Богородицы, левый Великомученика Димитрия Солунского.Церковные документы: опись 1884 года, метрики с 1780 года, план на землю.
В 1901 году служили: Священник Павел Павлович Цветков 35-ти лет, студент семинарии, в служении с 1886 года, священником с 1891 года, награжден в 1900 году скуфьей. Псаломщик Петр Арсеньевич Троицкий 39-ти лет, в должности с 1885 года. Церковный староста мещанин Иван Петрович Рыкушин в должности с 1886 года, награжден в 1899 году серебряной медалью.Прихожан 64 двора (165 мужчин, 198 женщин).
В 1914 году служили: Священник Павел Цветков 51-го года, окончил семинарию, на службе 22 года. Псаломщик Петр Троицкий 55-ти лет, на службе 28 лет, в Дмитровском храме 23 года.Прихожан 160 мужчин и 165 женщин.
По материалам изданий: Монастыри и приходские церкви г. Торжка и их достопримечательности. — Тверь, 1903 г. Добровольский И. Тверской епархиальный статистический сборник. Тверь, 1901 г. Справочная книга по Тверской епархии. — Тверь, 1915 г. http://hram-tver.ru/torjokrn/dmitrsolunsktorjokgor.html