В прошлом Димитриевская церковь располагалась в здании архиерейского корпуса, который находился в составе архиерейского подворья в городе Бийске. Архиерейский дом возводился с 1886 по 1888 годы, сооружался на благотворительные пожертвования.
В 1888 году было завершено вновь построенное кирпичное трехэтажное «пространнейшее» здание. 21 сентября этого года епископ Бийский Макарий (Невский) освятил домовую церковь во имя святителя Димитрия Ростовского при Бийском архиерейском доме. Однопрестольная, построенная на средства благотворителей, она размещалась в третьем этаже-мезонине и была увенчана восьмигранным конусообразным куполом-шатром с небольшой главой.
В новоосвященной церкви находилась одна из главных святынь Алтая – икона небесного покровителя Бийска и Алтайской духовной миссии святого великомученика Пантелеимона с частицей его святых мощей.
В июне 2002 года Русской Православной Церкви возвращены бывшие здания Бийского архиерейского подворья – архиерейский дом и одноэтажный кирпичный флигель. Начались реставрационные работы.
В настоящее время в мезонине здания воссоздана домовая церковь бийских архиереев во имя святителя Димитрия Ростовского, установлен иконостас с иконами.