Cea mai veche biserica medievala a orasului Veliko Tarnovo, construita pe malul drept al raului Yantra, din afara limitelor fortificatiilor orasului, este cunoscuta ca si Biserica Sfantul Dumitru.

Conform documentelor lasate de istoricul Niketas Choniates, biserica Sf. Dumitru a fost ridicata in anul 1185 de catre fratii Assen and Peter in semn de revolta impotriva invadatorilor bizatini, ceea ce a condus la reinstaurarea Imperiului Bulgar. Conform unei legende, nobilii Assen si Peter au anuntat ca protectorul orasului Salonic, neinfricatul luptator Demetrius, si-ar fi parasit orasul natal pentru a veni in Tarnovo in ajutorul rebelilor bulgari. De aceea, biserica a fost construita in onoarea sa. Considerata a fi o biserica regala pana in anul 1230, aceasta a primit donatii importante din partea dinastiei Assen.

Din punct de vedere arhitectural, biserica Sf. Dumitru este una in forma de cruce si dispune de un altar, un pronaos, si de doua incaperi, una destinata barbatilor, iar cealalta femeilor. Absida bisericii are aspectul unui pentaedru, iar decoratiunile de la exteriorul bisericii sunt reprezentate de arcade oarbe, vitralii, romburi, multe figuri bisericesti pictate, etc. Zidurile bisericii se ridica pana la 15,75 m altitudine si au fost realizate din piatra in alternanta cu trei randuri de caramida.

La sfarsitul secolului al XII-lea si inceputul secolului al XIII-lea, in aceasta zona a fost ridicata si o manastire, dar atat biserica, cat si manastirea au fost distruse de catre un cutremur la mijlocul secolului al XIII. Reconstruita la mijlocul anilor 1350, biserica a rezistat pana la sfarsitul secolului al XVII-lea cand a fost pradata de catre banditii nomazi. In timpul dominatiei otomane asupra Bulgariei, curtea manastirii a gazduit si o necropola crestina, cu peste 500 de morminte, pastrate intr-un osuar special.

Aflata intr-o stare de degradare avansata datorita invaziilor nomade, biserica a fost distrusa complet in anul 1913 de un nou cutremur, ramanand in urma sa doar abdisa si frescele originale. In anul 1977, pe baza unui proiect initiat de catre Teofil Teofilov, biserica a fost reconstruita avand ca model celelalte biserici ramase din aceeasi perioada, dar si cu ajutorul unor elemente arhitecturale pastrate din fosta biserica.

Lucrarile de reconstruire a bisercii Sf. Dumitru s-au desfasurat pe parcursul a 8 ani de zile, cand in anul 1985, acest templu a fost transformat intr-un muzeu, comemorand astfel 800 de ani de la revolta impotriva invaziei bizantine si proclamarea orasului Veliko Tarnova ca si capitala a Bulgariei.