Po utworzeniu w 1870 r. Egzarchatu Bułgarskiego w Płowdiwie utrzymano metropolię grecką (w jurysdykcji Patriarchatu Konstantynopolitańskiego, od którego oddzielił się egzarchat). Cerkiew św. Dymitra była jedną ze świątyń, które do 1906 r.I. Dimitrov, Bulgarian Christianity [w:] red. Parry K.: The Blackwell Companion to Eastern Christianity. Victoria: Blackwell Publishing, 2007, ss.57–61. pozostawały we władaniu duchowieństwa greckiego, a nabożeństwa w niej odbywały się w języku koine. W latach 20. XX wieku cerkiew została przekazana społeczności rosyjskich białych emigrantów. Rosyjski charakter miejscowej parafii utrzymywał się do 1964 r.
Architektura mały|lewo|Ikonostas Cerkiew jest trójnawową pseudobazyliką z otwartym od zachodu przedsionkiem zdobioną marmurową kolumnadą. Ponad przedsionkiem znajduje się empora. Nawy oddzielone są od siebie rzędami kolumn, podtrzymujących sklepienie kolebkowe. Cerkiewny ikonostas został wykonany z marmuru w stylu typowym dla bułgarskiego odrodzenia narodowego. Na wyposażeniu świątyni pozostają również ikony starsze od samego budynku świątyni: wizerunki Chrystusa, Matki Bożej, św. Dymitra i św. Miny, jak również XIX-wieczne ikony Nikoli Odrinczanina. Fundacją Antona Kamizopulosa jest znacznych rozmiarów ikona św. Antoniego Wielkiego wykonana w Rosji.