Questa enorme chiesa fu costruita nel V secolo in onore del santo patrono di Thessaloníki. Demetrio fu un soldato romano ucciso intorno al 303 d.C., dove all’epoca sorgeva un bagno romano, per ordine dell’imperatore Galerio, tristemente noto per le sue persecuzioni contro i cristiani. Il luogo del martirio è oggi un’inquietante cripta sotterranea, aperta durante il giorno e per la celebrazione speciale del venerdì sera. Nel 1980, infatti, i resti del santo furono riportati qui dall’Italia e oggi sono conservati in un reliquiario d’argento.

Gli ottomani fecero di questa chiesa una moschea, ricoprendo di stucco le pareti affrescate. Dopo il 1913, con la riconquista dell’area da parte della Grecia, lo stucco venne rimosso per rivelare i mosaici più splendidi di Thessaloníki. Nonostante i gravi danni causati dall’incendio del 1917, ne sono sopravvissuti cinque dell’VIII secolo ancora ben visibili ai lati dell’altare.