הבזיליקה המפוארת של אגיוס (סנט) דמטריוס, המוקדשת לפטרון הקדוש של העיר, היא אחת הכנסיות הנוצריות הקדומות החשובות ביותר של סלוניקי. בתחילה, היא נבנתה על חורבות המרחצאות הרומיות, המקום שבו, על פי המסורת, נכלא דמטריוס הקדוש ונרצח בשנת 303. הכנסייה הראשונה של אגיוס דמטריוס נבנתה לאחר שנת 313 לספירה. המקום הקדוש למות הקדושים, הקריפטה, שנמצא מתחת לטרנספט של הכנסייה ובשנות הביזנטים המאוחרות היה מרכז ייצור המור המופלא של הקדוש.
המור המופלא הזורח מהקבר (בגלל זה כינויו של הקדוש הוא Myrovlytis) והמוניטין שלו כמגן שהגן על סלוניקי על ידי הפולשים הרלוונטיים בהתערבותו האלוהית, גברו על הגבולות הגיאוגרפיים של העיר, ועל מיליוני עולי רגל ברחבי העולם שבאים. לכבד את קברו במשך שבע עשרה מאות שנים. בקריפטה מתקיימת תערוכה, עם ממצאים בעיקר מהבזיליקה ומהחפירות בקריפטה והיא ניתנת לביקור עבור עולי רגל בנקודת הקדושה ופועלת כמוזיאון לעתיקות. יתרה מכך, הגישה אל שרידי הכסף עם השרידים של דמטריוס הקדוש בכנסייה היא חופשית, בעוד שהדתיים שישהו בסלוניקי במהלך ימי החגיגות לחג דמטריוס הקדוש (26 באוקטובר), יכולים לצפות בסוגסטיה. ליטא, ב-25 באוקטובר, של גולגולת הקדוש ושרידים ברחובות העיר בליווי חברי ההנהגה הפוליטית והצבאית, השלטון המקומי וכמובן מאמינים רבים, נוצרים.
בשנים 1492-3 הוסב למסגד. לאחר שחרור העיר ב-1912, הכנסייה נפתחה מחדש, אך ב-1917 כמעט נהרס המקדש בשריפה הגדולה ששרפה את החלק הגדול ביותר של המרכז ההיסטורי של סלוניקי. הכנסייה במתכונתה הנוכחית היא בזיליקה בעלת חמישה פסים עם נרתקס וטרנספט, המאופיינת בציור עשיר, פסיפס ושיש, בעוד שבפינה הדרום-מזרחית מצורפת הקפלה של אגיוס (סנט) אפתימיוס.
