Первая церковь на месте темницы, где, по преданию, принял мученическую смерть святой Димитрий (по другой версии — над его могилой) была построена между 313—323 годами. Спустя сто лет, в 412—413 годахиллирийский вельможа Леонтий в память об избавлении его от паралича построил первую большую церковь между превратившимися в руины античными банями и стадионом. Алтарная часть построенной церкви была расположена над предполагаемым местом захоронения святого, и при её строительстве были обретены его мощи, тайно погребённые там, согласно житию, фессалоникийскими христианами в 306 году.