Родился в 1780 году в Палеокастроне, на острове Хиос, в благочестивой христианской семье.

Юношей Димитрий приехал в Константинополь к брату Заннису, занимавшемуся торговлей, и поступил к нему на работу. Когда Заннис узнал о тайной помолвке Димитрия с некой девушкой, он выгнал его из магазина. Оказавшись в крайней нищете, Димитрий вспомнил, что шейх-уль-ислам задолжал его брату за покупку тканей в кредит. Он отправился в дом к турку, чтобы получить деньги и воспользоваться ими. Там Димитрий встретил мусульманскую девушку. Очарованная его красотой, она уговорила Димитрия принять ислам и остаться с ней. Два месяца юноша прожил в ее доме как вероотступник.

Раскаявшись, он бежал во время Рамазана и укрылся в районе Ставродромион в христианской семье. Он попросил прощения у Занниса и написал письмо родителям на Хиос, в котором рассказал о случившемся и о желании пострадать за Христа. После этого юноша исповедался священнику. Под его руководством Димитрий день и ночь проводил в посте и молитве, прося у Бога прощения за отступничество. Духовник, сомневаясь в твердости юноши, препятствовал его намерению принять мученическую кончину. Однако после того как Димитрий дважды был удостоен божественных видений, священник понял, что принятое юношей решение угодно Богу. Он исповедовал и причастил Димитрия и отпустил к турецкому правителю.

Димитрий предстал перед каймакамом (начальником округа) и открыто исповедовал себя христианином. Хиосцы, находящиеся в Константинополе, собрали деньги для освобождения Димитрия из тюрьмы, опасаясь, что юноша не выдержит пыток. Узнав об этом, Димитрий просил молиться, чтобы он удостоился принять мученический венец. Несмотря на уговоры турок и старания мусульманки, которая, надеясь вновь обратить его в ислам, пришла к нему в тюрьму, он оставался твердым в своей готовности пострадать за Христа.

Димитрия подвергли пыткам и обезглавили. Многие христиане пришли на место казни, желая получить волос с его головы, кусочек одежды или омочить в его крови платок и таким образом приобщиться к страданиям мученика Христова. Один архидиакон договорился с палачом за вознаграждение, что тот оботрет орудие казни платком и отдаст ему. На белом платке отпечатались руки мученика в виде креста. В третий день после смерти Димитрия каймакам издал указ не отдавать тело мученика христианам, а бросить его в море. Однако Промыслом Божиим останки мученика были перевезены на остров Проти и похоронены в местном монастыре. Там же хранится и платок с чудесным отпечатком рук мученика.

Многие чудеса происходили по молитве к Димитрию. Прп. Афанасий Паросский написал Мученичество Димитрия, вошедшее в состав «Нового Лимонария», и последование в его честь.