Σύμφωνα με τα αγιολογικά κείμενα, ο Δημήτριος έζησε και μαρτύρησε στη Θεσσαλονίκη επί Διοκλητιανού. Λόγω προβλημάτων της αγιολογικής παράδοσης, για τις απαρχές και την προέλευση της λατρείας του έχουν διατυπωθεί από το 19ο αιώνα διάφορες θεωρίες, επικρατέστερη των οποίων μεταξύ των μελετητών είναι ότι δεν υπήρξε Δημήτριος που μαρτύρησε στη Θεσσαλονίκη, αλλά η λατρεία του προέρχεται από το Σίρμιο της Παννονίας.[3] Σημαντικό κέντρο της λατρείας του είναι η Θεσσαλονίκη, όπου τιμάται από την πρωτοχριστιανική περίοδο και έχει ανεγερθεί βασιλική προς τιμήν του. Κατά τους βυζαντινούς χρόνους τιμώταν ως θαυματουργός προστάτης της πόλης από εχθρούς πολιορκητές της και κατά την εορτή του πραγματοποιούνταν θρησκευτική και εμπορική πανήγυρις, τα Δημήτρια, που αναβίωσαν τη δεκαετία του 1960 ως πολιτιστική διοργάνωση. Είναι ένας από τους λαοφιλέστερους αγίους της Ορθόδοξης Εκκλησίας, που εορτάζει τη μνήμη του στις 26 Οκτωβρίου.