Σύμφωνα με την αγιολογική παράδοση, ο Άγιος Δημήτριος μαρτύρησε επί της εξουσίας του Ρωμαίου Αυτοκράτορα Διοκλητιανού (284-305 μ.Χ.), ο οποίος είχε κάνει σκληρούς διωγμούς εναντίον των Χριστιανών.
Ο Άγιος Δημήτριος γεννήθηκε το 280 στη Θεσσαλονίκη, από ευσεβείς και επιφανείς Χριστιανούς γονείς, έχοντας πολλά χαρίσματα, σωματικά και πνευματικά. Η φήμη του έφθασε μέχρι τον Γαλέριο, ο οποίος εκτιμώντας τις αρετές του τον έκανε μέλος της Συγκλήτου της πόλης και τον διόρισε στρατηγό της Θεσσαλίας και ανθύπατο.
Ο νεαρός Δημήτριος, παρά τη θέση του, δε σταμάτησε τη δράση του, κατηχώντας τους συμπολίτες του στον Χριστιανισμό. Προσευχόταν στις συγκεντρώσεις στη Χαλκευτική στοά της Ρωμαϊκής Αγοράς της Θεσσαλονίκης και ενίσχυε τους οικονομικά αδύναμους συμπολίτες του. Δημώδες μεταβυζαντινό κείμενο για το «Μαρτύριον του Αγίου Δημητρίου» περιγράφει τη βαθιά θρησκευτική κατάνυξη που επικρατούσε στο ακροατήριο του.
Η δράση του έγινε γνωστή στον Γαλέριο, ο οποίος διέταξε τους στρατιώτες να τον συλλάβουν και να κλειστεί στις υπόγειες «καμάρες» που γειτόνευαν με το δημόσιο λουτρό. Σύμφωνα με τα αγιολογικά κείμενα, ο Δημήτριος κρατήθηκε έγκλειστος «περὶ τῶν καμίνων καμάρας (δημοσίου βαλανείου)», δηλαδή στα προπνιγεία (praefurnia) του ρωμαϊκού λουτρού.
Από τον χώρο των φυλακών ο Δημήτριος εμψύχωσε τον φίλο και μαθητή του Νέστορα, ο οποίος αντιμετώπισε τον μονομάχο Λυαίο. Αφού ο Νέστορας νίκησε τον Λυαίο, θανατώθηκε από τον Γαλέριο, γιατί θεώρησε την ήττα του Λυαίου ως προσωπική του ήττα. Όταν πληροφορήθηκε ότι ο Νέστορας ήταν μαθητής του Δημητρίου, διέταξε να φέρουν τον Δημήτριο μπροστά του για να αποκηρύξει την πίστη του. Ο Δημήτριος αρνήθηκε και με διαταγή του Γαλέριου θανατώθηκε στις υπόγειες φυλακές, πιθανότατα το 306 μ.Χ., σε ηλικία 36 ετών. Μετά τον θάνατό του οι χριστιανοί τον έθαψαν πρόχειρα στον ίδιο χώρο, όπου άρχισε να αναβλύζει μύρο, γι’ αυτό και ο Δημήτριος έλαβε το προσωνύμιο Μυροβλύτης. Στον τόπο του μαρτυρίου του κτίσθηκε ένας μικρός ναός το 313, αφιερωμένος στο όνομά του. Το 324 στον ίδιο τόπο ανεγέρθηκε μία τρίκλιτη Βασιλική και το 413 κτίστηκε μία μεγαλύτερη. Η σημερινή μορφή του ναού ανάγεται στο 1950. Η αγιολογική παράδοση θέλει τον μαθητή του, Λούπο, να μαζεύει το αίμα του Αγίου Δημητρίου, το δαχτυλίδι και τον χιτώνα του, και να διενεργεί θαύματα. Τη δράση του πληροφορήθηκε ο Γαλέριος και ζήτησε να τον αποκεφαλίσουν. Το προσκύνημα του Αγίου Δημητρίου στα βυζαντινά χρόνια», τα λείψανα του δεν ήταν μόνον αντικείμενα, αλλά και χώμα ποτισμένο με αίμα (λύθρον), το οποίο κάποτε φυλασσόταν στο σκευοφυλάκιο του ναού της Αγίας Σοφίας. Σ’ αυτό συνηγορεί και η μαρτυρία ότι ο Αυτοκράτορας Ιουστινιανός (527-565) αναζητούσε τα λείψανα του Αγίου. Η προσκύνηση χώματος-λύθρου συνδέεται με τον Άγιο από τα πρώτα χρόνια της λατρείας του μέχρι τον 20ό αιώνα στη Θεσσαλονίκη.
Η σημασία που έδιναν οι Βυζαντινοί στην εορτή του Αγίου διαφαίνεται και από τον πολιτιστικό θεσμό των Βυζαντινών Δημητρίων. Ο θεσμός είχε την προέλευσή του στην παράδοση να ανταλλάσσονται τα προϊόντα της ενδοχώρας με τα θαλασσινά. Τα καραβάνια κατέφθαναν με ποικιλία εμπορευμάτων και βιοτεχνικών ειδών. Στο λιμάνι και στην αγορά υπήρχαν διαθέσιμα τρόφιμα, υφάσματα, λάδια, κρασιά από την Ιταλία και την Ισπανία, σαπούνια από τη Βενετία, ακόμη και δέρματα και χαβιάρι από τη Ρωσία και πολύτιμοι λίθοι, χρυσός και ασήμι.
Τα «Δημήτρια» πραγματοποιούνταν κατά τις ημέρες εορτασμού της μνήμης του πολιούχου της Θεσσαλονίκης Αγίου Δημητρίου και είχαν θρησκευτικό, αλλά και εμπορικό χαρακτήρα. Παράλληλα, όμως, ο λαός της πόλης κατά τα «Δημήτρια» έβρισκε πολλές διασκεδάσεις και ευκαιρίες ψυχαγωγίας με σχοινοβάτες, γελωτοποιούς, μίμους και θεατρίνους, οι οποίοι γύριζαν τις αγορές και τις γειτονιές. Επίσης, κατά τη γιορτή, σύμφωνα με τις πηγές, παρουσιάζονταν θεατρικά έργα του αρχαιοελληνικού δραματολογίου, καθώς και διαλέξεις φιλοσόφων και λογίων. Ο Άγιος Δημήτριος επηρέασε και τη χριστιανική ζωγραφική, η οποία τον απεικόνισε με παραστάσεις της ζωής, με θαύματα και με άλλες ιερές πράξεις. Αξιόλογη είναι η εικόνα του έφιππου Δημητρίου. Ο Άγιος Δημήτριος είναι κατεξοχήν Άγιος των γεωργών και τσοπάνηδων και χαρακτηρίζεται ως φθινοπωρινός Άγιος. Οι κτηνοτρόφοι τον χαρακτηρίζουν ως προβατάρη Άγιο, αφού η γιορτή του είναι ορόσημο για τις κτηνοτροφικές ασχολίες τους. Εξάλλου, οι τσελιγκάδες ταίριαζαν τους βοσκούς των κοπαδιών τους, με συμφωνία που κρατούσε ως του Αγίου Γεωργίου. Επίσης, την ημέρα αυτήν ταίριαζαν και τον αγελαδάρη. Οι γεωργοί, πάλι, ξεχώριζαν τον σπόρο για τη νέα σπορά και τον ράντιζαν με μύρο της εκκλησίας, ενώ οι αμπελουργοί άνοιγαν την ημέρα του Αγίου και τα πρώτα γιοματάρια, βαρέλια κρασιών. Σε πολλά μέρη της πατρίδας μας την ημέρα της εορτής του υπήρχε το έθιμο του κουρμπανιού. Μετέφεραν στον ναό του Αγίου έναν ταύρο, τον οποίο έσφαζαν και στη συνέχεια τον μαγείρευαν με ρύζι και έδιναν φαγητό σε όλους τους πιστούς.