Nació en la ciudad de Solún, Grecia.
Sus padres, quienes practicaban el Cristianismo en secreto, lo bautizaron y le enseñaron la religión.
Su padre, procónsul romano, falleció cuando Demetrio era mayor de edad.
El emperador Maximiano (s. IV) nombró a Demetrio gobernador y militar de toda Tesalónica. La principal función de San Demetrio era defender la provincia de los enemigos, obligándolo el emperador a que exterminara también a los cristianos.
Demetrio en lugar de esto comenzó a eliminar las costumbres paganas y a los paganos los convertía a la fe cristiana.
Pronto llegó a oídos del emperador que el procónsul Demetrio era cristiano; y sabiéndolo Demetrio, se preparó para la muerte, repartió sus pertenencias a los pobres, haciendo una vida de ayuno y penitencia.
El emperador recluyó al procónsul y comenzó a distraerse con escenas de gladiadores y circos, donde llevaba a la arena a los cristianos.
El conocido gladiador Liaco fácilmente dominaba a los sumisos cristianos en las luchas y ante la exaltada multitud los arrojaba sobre las lanzas de los guerreros.
El joven cristiano San Néstor, visitó a San Demetrio en el cautiverio y San Demetrio lo bendijo para un combate cuerpo a cuerpo con Liaco. Reforzado por Dios, San Néstor venció al orgulloso gladiador.
En cuanto Maximiano conoció la razón por la que Néstor había ganado, ordenó que San Demetrio fuera traspasado con las lanzas de sus celadores, y que San Néstor fuera decapitado con su propia espada.
El cuerpo del mártir San Demetrio fue arrojado como alimento para las bestias, pero los pobladores lo sepultaron en secreto.
La biografía de san Demetrio dice que liberaba reclusos de las manos de los contrarios y les ayudaba a llegar hasta Solún.
Desde el siglo VII junto a sus reliquias comenzó a fluir una aromática y milagrosa mirra, lo cual se divulgó en esa época. «por su composición no es agua, es más espesa y eso no se parece a ninguna sustancia conocida por nosotros… Es sumamente aromática no solo de lo que conocemos como artificial sino en relación a todo lo creado por Dios.»
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