Храм во имя вмч. Димитрия и вмч. Екатерины с приделом во имя мч. Параскевы был построен в 1822 году, одновременно с соборным храмом. После 1931 года его здание осталось единственным сохранившимся из шести действующих до революции церквей. Оно было приспособлено для нужд военного ведомства, которому была отдана территория монастыря.

       Лишь в 1994 году здание вновь было обустроено под храм, находящийся  на  территории Саратовского военного института радиационной, химиче­ской и биологической защиты. В том же году он был освящен Преосвященным Нектарием (Коробовым), епископом Саратовским и Вольским, во имя вмч. Димитрия Солунского.

       В настоящее время является единственным монастырским храмом.

       Богослужение в храме совершается ежедневно. Расписание богослужений можно найти здесь.

       В будущем в храме планируется капитальный ремонт и реконструкция: разобрать пристроенный клуб, добавить центральный купол, устроить вход в храм через колокольню; внутри - поставить новый иконостас и произвести роспись стен.