Die nach der Mutter Marias benannte Sankt-Annen-Kirche ist das älteste Gebäude in Dahlem und wurde zwischen 1215 und 1225 erbaut. Im 15. Jahrhundert kamen verschiedene Anbauten hinzu, allerdings gab es während dem Dreißigjährigen Krieg erhebliche Zerstörungen des Gebäudes. Die heutige Gestalt der Kirche geht auf den Neubau 1670 zurück.
Während der Zeit des Nationalsozialismus setzte sich Pfarrer Martin Niemöller für den Pfarrernotbund und die Bekennende Kirche ein, die in Opposition zur nationalsozialistischen Ideologie traten. Im Pfarrhaus (heute Martin-Niemöller-Haus) fand die Zweite Bekenntnissynode der Bekennenden Kirche statt. Nach der Verhaftung Niemöllers 1937 versammelte sich die Gemeinde jeden Abend in der Kirche zum Fürbittengottesdienst.
Im gleichen Jahr kam Helmut Gollwitzer an die Dahlemer Dorfkirche und setzte sich, neben der Ausbildung von Pfarrern in der Bekennenden Kirche, für verfolgte jüdische Bürger ein.
Von 1957-1975 lehrte Gollwitzer an der Freien Universität am Institut für Evangelische Theologie. Sein Engagement für die 1968er Studentenbewegung blieb nicht unumstritten. Gollwitzer hielt schließlich die Trauerrede für den 1979 verstorbenen Rudi Dutschke. Weil keine Grabstelle mehr frei war, überließ Martin Niemöller das für ihn freigehaltene Grab für die Bestattung von Dutschke.