Согласно житию, Димитрий был сыном римского проконсула в Фессалониках. Его родители были тайными христианами, крестили своего сына в домовой церкви и воспитали в соответствии с христианскими устоями. После смерти отца Димитрий был назначен императором Галерием на его место. Получив назначение, Димитрий проявил себя как открытый христианин, проповедовал в городе и обратил в христианство многих его жителей.
Известия о деятельности Димитрия дошли до императора и, возвращаясь с войны против славянских племён,Максимиан остановился в Салониках. Перед этим Димитрий поручил своему рабу Луппу раздать своё имущество бедным, а сам по словам агиографа: «стал молиться и поститься, готовясь таким образом к венцу мученическому». Приведённый на суд к императору, Димитрий исповедал себя христианином и был заключён в темницу. Спустя несколько дней в городе были устроены бои, в которых императорский любимец боец Лий побеждал многих противников, в том числе городских христиан, которых понуждали к бою с ним. Присутствовавший при этом христианин Нестор по благословению Димитрия вступил в бой и сбросил Лия с помоста на копья. В гневе император приказал тут же казнить Нестора, а следующим утром и Димитрия:
Мученичество св. Димитрия, критская икона 15 века
Лишь только забрезжилось утро 26 октября, в темницу к Димитрию вошли воины; они застали святого мужа стоящим на молитве, и тут же устремились на него и пронзили копьями. Так предал сей исповедник Христов в руки Создателя честную и святую свою душу.— Димитрий Ростовский. Жития святых (26 октября)
Тело мученика было ночью погребено солунскими христианами, а раб Лупп «благоговейно взял ризу своего господина, орошенную его честною кровью, в которой омочил и перстень. Сею ризою и перстнем он сотворил много чудес»