Είναι ο καλύτερα διατηρημένος ναός στην βυζαντινή πρωτεύουσα του νησιού, την πόλη του Αγίου Δημητρίου, τη σημερινή Καστροπολιτεία της Παλιόχωρας. Ο ναός είναι σταυροειδής εγγεγραμμένος με οκταγωνικό τρούλο μεταβατικού τύπου, χωρίς νάρθηκα και έχει άριστες αρχιτεκτονικές αναλογίες. Έχει τριμερές ιερό με αψίδες ημικιλυνδρικές εξέχουσες και εφαπτόμενες. Κτίστηκε τον 13ο αιώνα από Μονεμβασίτες τεχνίτες.Το αρχιτεκτονικό σχέδιο του ναού έχει ελάχιστες διαφορές με αυτό του ναού του Αγίου Πέτρου στους Αραίους. Χαρακτηριστική είναι η στέγαση με τον τοπικής προελεύσεως σχιστόλιθο, που καλείται χελόπλακα. Δεν διασώζονται αγιογραφίες στο εσωτερικό του ναού.