Сведений о храме мало и те, что есть несколько противоречивы.
Первое упоминание о церкви связано с закрытием в 1780 году Преображенского монастыря, в связи с расформированием.

Первый источник указывает, что в 1784-1785 годах из монастырского придела образована кладбищенская Никольская церковь. В 1838 году церковь переименована в приходскую.

Другой, более надёжный источник - "Опыт историко-статистического и этнографического описания. № 3 „Сборник Херсонского Земства" за 1889 год". Священник Г. И. Сорокин описывает поробный уклад жизни в Дмитровке, где есть упоминание о всех четырёх храмах, которые были до революции.

В Дмитровской Успенской церкви находятся две иконы, некогда принадлежавшие Преображенскому монастырю (уничтожен в 1780 г), который находился близ Черного леса. Придел этого монастыря во имя святого Николая Уховское общество (Уховка в 1818 г. переведена в Дмитровку, Цыбулев и Михайловку) продало Дмитровскому за 200 рублей ассигнациями; придел этот перенесен в Дмитровскую Николаевскую церковь, бывшую Кладбищенскую, где и до настоящего времени хранится. Царские врата в нем из кипарисного дерева. Иконы, оставшиеся при Успенской церкви, цированной живописи; на иконе Божией Матери сохранилась едва заметная надпись: „году 1770 поновлена».

Церковь была маленькой и считалась кладбищенскою в 1855 году была расширена. В 1887 году в Николаевском приходе открыта церковно-приходская школа—и помещается в церковной сторожке, к ней было 18 мальчиков и 6 дочек.

Больше сведений о храмах в Дмитровке не сохранилось.