Ο γιος ευγενών και ευσεβών γονέων από την πόλη της Θεσσαλονίκης, έγινε Χριστιανός παρά τις διωγμούς. Ο πατέρας του, που πίστευε μυστικά στον Χριστό, τον βάπτισε σε μια κρυφή εκκλησία. Όταν ενηλικιώθηκε, έγινε κυβερνήτης της περιοχής της Θεσσαλονίκης, όπου άρχισε να ομολογεί την πίστη του Χριστού και να μεταστρέφει τους ειδωλολάτρες. Ο βασιλιάς Μαξιμιανός, μαθαίνοντας για τις δραστηριότητές του, τον φυλάκισε σε μια φυλακή, όπου ο άγιος προσευχόταν και επισκεπτόταν από έναν άγγελο που προφήτευσε τον μαρτυρικό του θάνατο.
Κατά τη διάρκεια των αγώνων, ο νέος Νέστωρ, εμπνευσμένος από τον Δημήτριο, αγωνίστηκε με τον παλαιστή Λία και νίκησε, για το οποίο εκτελέστηκε. Ο Άγιος Δημήτριος διαπέρασε με λόγχες στη φυλακή, και το σώμα του θάφτηκε κρυφά από τους Χριστιανούς. Το ράσο του, ποτισμένο με αίμα, θεράπευε τους ασθενείς.
Μετά τους διωγμούς, χτίστηκε μια εκκλησία πάνω από τον τάφο του αγίου, όπου συνέβαιναν θαύματα. Ένας ευγενής, αφού θεραπεύτηκε, έχτισε μια νέα εκκλησία. Ο άγιος εμφανίστηκε και απαγόρευσε τη διαίρεση μέρους των λειψάνων, αλλά επέτρεψε να πάρουν την επιτάφια. Επίσης, εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια μιας πείνας, διατάζοντας τα πλοία με σιτάρι να πλεύσουν στη Θεσσαλονίκη.
Κατά τη διάρκεια της πολιορκίας της πόλης από εχθρούς, ο άγιος εμφανίστηκε στον αρχιεπίσκοπο και προσευχήθηκε για την προστασία της πόλης. Με τις προσευχές του, οι εχθροί υποχώρησαν και η πόλη σώθηκε. Ο άγιος εμφανίστηκε επίσης σε αιχμαλώτους που είχαν μεταφερθεί στη Θεσσαλονίκη, και αυτοί τον δόξασαν. Πολλά θαύματα συνέβησαν από τα λείψανά του, και συνέχισε να προστατεύει τους πιστούς του μέχρι το τέλος των αιώνων.
