Μαρτύρησε στην Κωνσταντινούπολη στις 29 Ιανουαρίου 1802.
Ο Άγιος καταγόταν από τη νήσο Χίο, από τη συνοικία Παλαιόκαστρο. Οι γονείς του ήσαν απλοί και ευσεβείς άνθρωποι.
Ο Άγιος με τον μεγαλύτερο αδελφό του Ζαννή πήγε στην Κωνσταντινούπολη για αναζήτηση εργασίας, όπως έκαναν τότε πολλοί. Εργάζονταν λοιπόν στην Κωνσταντινούπολη ως κλητήρες. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα ο Ζαννής παντρεύτηκε. Ο Δημήτριος επίσης μετά από κάποια χρόνια αρραβωνιάστηκε μια νέα από το Σταυροδρόμι (συνοικία της Κωνσταντινούπολης) χωρίς όμως τη γνώμη του αδελφού του και των προϊσταμένων της εργασίας. Οργίστηκαν τότε ο αδελφός και οι προϊστάμενοι και τον έδιωξαν και από το σπίτι και από την εργασία.
Μη έχοντας πόρους θυμήθηκε πως του χρωστούσε χρήματα κάποιος σπουδαίος Τούρκος από τη δουλειά του. Πήγε λοιπόν να του ζητήσει τα χρήματα, μη ξέροντας πως του είχε στημένη παγίδα ο διάβολος.
Στο σπίτι που πήγε δεν ήταν ο ίδιος ο Τούρκος αλλά η κόρη του, η οποία μόλις είδε τον Δημήτριο κυριεύτηκε,ως άλλη Αιγυπτία, από σαρκικό έρωτα. Ο Δημήτριος τότε ήταν είκοσι δύο ετών και πολύ όμορφος. Έτσι χωρίς να υποψιαστεί τίποτα ο νέος σκέφτηκε εκείνη να πραγματοποιήσει τον σκοπό της. Τον δέχτηκε με πολλή χαρά, ανέβα, του λέει, και κάθησε μέχρι να έρθει ο πατέρας μου. Μετά από λίγο του έφερε ένα δίσκο με καφέ και καπνό κι ενώ τον κερνούσε του λέει, τώρα δεν γλυτώνεις από τα χέρια μου, ή πρέπει να γίνεις τούρκος ή να κοπεί η κεφαλή σου και να χάσεις τη ζωή σου. Όπως γράφει ο ίδιος ο Άγιος στο γράμμα προς τους γονείς του, τι να κάνω ο δυστυχής; για να μην πάω αξομολόγητος,ως αμαρτωλός που ήμουν, υποχώρησα και χωρίς να θέλω δέχτηκα την βρωμερή πίστη τους.
Αμέσως ο πόνος και η θλίψη άρχισαν να κατατρώγουν μέρα και νύχτα την καρδιά του. Δεν μπορούσε να φύγει όμως γιατί τον φύλαγαν με πολλή προσοχή μέχρι να συνηθίσει δήθεν την καινούργια ζωή.
Μετά από δυο μήνες ευδόκησε η θεία χάρις και βρήκε την ευκαιρία, τον καιρό του ραμαζανιού,που όλοι κοιμόντουσαν αναίσθητοι από το πολύ φαΐ, και κάνοντας τον σταυρό του έφυγε από εκείνο το σπίτι. Πήγε στο Σταυροδρόμι και κρύφτηκε στο σπίτι κάποιου φίλου του Χριστιανού. Έκλαιγε και ξέσχιζε τα μάγουλά του για το μεγάλο κακό που είχε πάθει. Έστειλε και κάλεσε τον πνευματικό του πατέρα και εξoμολογήθηκε με συντριβή καρδίας. Κατόπιν κάλεσε τον αδελφό του και συγχωρέθηκαν, χωρίς να του φανερώσει τον σκοπό που είχε βάλει για μαρτύριο. Έγραψε κι ένα γράμμα στους γονείς του, στο οποίο εξηγούσε λεπτομερώς την υπόθεση, ζητούσε συγχώρεση διότι τους λύπησε και τους ανακοίνωνε τον σκοπό που είχε να ομολογήσει φανερά τον Χριστό και να μαρτυρήσει. Τους έλεγε να μη λυπηθούν αλλά μάλιστα να χαρούν και να του δώσουν την ευχή τους για να εκπληρώσει τον πόθο της καρδιάς του. Άφησε δε το γράμμα ανοιχτό στα χέρια του πνευματικού για να συμπληρώσει εκείνος τα όσα θα ακολουθούσαν.
Ξεκίνησε τον πνευματικό του αγώνα με πολλή προσευχή, νηστεία, η καθημερινή τροφή του ήταν λίγο ψωμί και νερό, μετάνοιες, συνεχή αγρυπνία, σκληραγωγία και ανάγνωση πνευματικών βιβλίων. Αν και είχε θείες αποκαλύψεις για το μαρτύριό του, τις οποίες ανακοίνωνε στον πνευματικό, εκείνος, σαν έμπειρος που ήταν, αρχικά προσπάθησε να τον αποτρέψει, παρουσιάζοντάς του την ανθρώπινη αδυναμία αφ’ ενός και αφ’ ετέρου ότι μπορούσε να σωθεί και χωρίς μαρτύριο, πηγαίνοντας να ζήσει κάπου αλλού με περισσότερη ασφάλεια. Όμως ο Άγιος επέμενε με δάκρυα και ο πνευματικός τον δοκίμασε με εντονότερο πνευματικό αγώνα, πράγμα το οποίο ο Άγιος δέχθηκε με πολλή χαρά. Τελικά αφού του διάβασε τις κανονισμένες για την περίσταση ευχές, τον μύρωσε με το Άγιο Μύρο,τον κοινώνησε και τον απέλυσε με την ευχή του.
Παρουσιάστηκε λοιπόν ο Άγιος στον καϊμακάμη λέγοντάς του :
Άρχοντά μου, γνωρίζετε ότι εγώ ήμουν Χριστιανός αλλά με πίεσαν και με ανάγκασαν να δεχθώ την μιαρή και καταφρονημένη θρησκεία σας. Όμως εγώ ήμουν και είμαι Χριστιανός και Χριστιανός θέλω να πεθάνω. Γι’ αυτό ήρθα εδώ για να ομολογήσω μπροστά σου πως έκανα λάθος και να κηρύξω την αλήθεια της αγίας πίστεώς μου. Έκανα λοιπόν μεγάλο λάθος, το ομολογώ. Μία είναι η πίστη, των ευσεβών και ορθοδόξων Χριστιανών.
Λέγοντας δε αυτά πέταξε κάτω το κάλυμμα της κεφαλής του και στάθηκε σιωπηλός. Ο καϊμακάμης διέταξε να του φέρουν το πεταμένο κάλυμμα της κεφαλής του και άρχισε να του μιλά με πολύ ήρεμο και απαλό τρόπο. Βλέποντας ότι ο Άγιος δεν έδινε καμιά σημασία στα λόγια του, διέταξε να τον ρίξουν στη φυλακή και να τον δέσουν με αλυσίδες στα πόδια και στο λαιμό και συγχρόνως στο τιμωρητικό ξύλο.
Ο Άγιος χαιρόταν γιατί αξιωνόταν να πάσχει για χάρη του Χριστού.
Την άλλη μέρα τον οδήγησαν πάλι στον καϊμακάμη, που προσπάθησε με κολακείες και υποσχέσεις να τον κάνει να επιστρέψει στο ισλάμ. Επειδή όμως ο Άγιος δεν έδινε καμία προσοχή σε όλα αυτά αλλά έμενε σταθερός στην πίστη του Χριστού, διέταξε με απειλές να τον κλείσουν πάλι στη φυλακή. Συνέβη τότε να πεθάνει αιφνιδίως ο καϊμακάμης.Ο καινούργιος που ανέλαβε συνέχισε τις προσπάθειες πότε με απειλές, πότε με κολακείες, χωρίς να καταφέρει τίποτε. Τον έστειλε και στον δικαστή μα κι εκείνος, παρά τις απειλές, τις φοβέρες,τα ταξίματα, δεν μπόρεσε να κάνει κάτι, έτσι τον έστειλε πάλι πίσω. Συνέχισαν τα βασανιστήρια με πολλή σκληρότητα. Του έδωσαν πάνω από επτακόσιους ραβδισμούς, τον ξάπλωσαν κάτω και του έβαλαν στα πόδια το τιμωρητικό ξύλο, έριχναν κάτω από το σώμα του νερό το οποίο πάγωνε,γιατί ήταν χειμώνας και έκανε φοβερό κρύο, προξενώντας του φρικτή οδύνη. Μέχρι και τούβλα αναμμένα του έβαλαν στο πρόσωπο. Υπέμενε όμως ο γενναίος του Χριστού αθλητής με πολλή καρτερία αλλά και αγαλλίαση, δοξάζοντας τον Θεό που τον αξίωνε να πάσχει για χάρη Του.
Ενώ βρισκόταν στη φυλακή και βασανιζόταν για ημέρες, η ασελγής εκείνη κοπέλα που από την αρχή ζήτησε το κακό του, πήγε στη φυλακή και προσπάθησε με χίλιους δυο αισχρούς τρόπους να τον προκαλέσει. Η χάρη του Θεού τον φύλαξε και δεν ενέδωσε στον δεινό πειρασμό.
Οι συμπατριώτες του εν τω μεταξύ στην Κωνσταντινούπολη που έμαθαν τα γεγονότα συγκέντρωσαν χρήματα για να τον απελευθερώσου ως τρελλό, πράγμα που δέχτηκαν οι Τούρκοι, το απέρριψε όμως ο Άγιος του Θεού μάρτυς, μηνώντας τους να προσεύχονται να τελειώσει άξια τον δρόμο του.
Μετά από εννέα ημέρες φυλάκιση και βασανιστήρια εκδόθηκε η καταδικαστική απόφαση, αποκεφαλισμός.
Τον οδήγησαν στον τόπο της εκτέλεσης, όπου γονάτισε μόνος του και λέγοντας «Μνήσθητί μου, Κύριε, εν τη βασιλεία Σου » δέχτηκε τον δι’ αποκεφαλισμού θάνατο.
Τι έγινε τότε δεν περιγράφεται. Όλοι οι παρόντες Χριστιανοί όρμησαν να πάρουν από το αίμα του μάρτυρα ή κάτι από τα ρούχα του, μολονότι οι Τούρκοι προσπαθούσαν να τους εμποδίσουν ραβδίζοντάς τους.
Μετά από τρεις ημέρες δόθηκε εντολή να μη δοθεί στους Χριστιανούς το τίμιο λείψανο αλλά να ριχτεί στη θάλασσα. Ο Θεός όμως οικονόμησε τα πράγματα ώστε με τη συγκατάθεση και την παρουσία του δημίου να μεταφερθεί στην νήσο Πρώτη και να ενταφιασθεί μέσα στον ναό του μοναστηριού.
Καταπληκτικά θαύματα ακολούθησαν, όπως αναφέρεται στο συναξάρι του, που κατέγραψε ο Άγιος Αθανάσιος ο Πάριος.
