Saint Démétrius s'opposa victorieusement aux barbares qui tentaient d'envahir Thessalonique (Grèce) en 305.
Dénoncé comme fauteur de troubles, il fut condamné vers l'an 306 à lutter dans l'arène contre un gladiateur plus robuste que lui. L'on vit arriver avec lui un jeune garçon nommé Nestor, frêle et courageux, qui d'un geste ôta la vie à ce géant. Dépité, l'empereur présent, fit mettre à mort l'enfant et Démétrius. De son corps se mit à jaillir une huile odoriférante et miraculeuse.
Peu de temps après sa mort, une basilique fut érigée sur son tombeau à Thessalonique qui fut à travers les siècles un grand centre de pèlerinage. L'édifice paléochrétien originel existe toujours. Saint Démétrios est vénéré comme l'un des plus importants patrons militaires orthodoxes, souvent associé à saint Georges. On vénère aussi son compagnon de martyre, Nestor.
Son culte est extrêmement populaire en Orient, la cathédrale orthodoxe de Salonique lui est dédiée.
Saint Dimitri de Thessalonique est fêté le 9 avril ou le 26 octobre (usage grec). À cette occasion, le premier ministre grec a pour tradition de se rendre chaque 26 octobre à Thessalonique, ville du saint patron qui protège la cité.
Il est également le patron de la ville de Bucarest et il figure dans les armoiries de la cité.
Reliquaire de Saint Démétrius, cathédrale de Thessalonique, Grèce.
Hagios Demetrios, sanctuaire dédié à saint Dimitri (Thessalonique)