Тодев е роден в 1873 година в разложкото село Банско, което тогава е в Османската империя и произхожда от големия бански род Тодеви – внук е на Никола Тодев, син на Лазар Тодев и брат на Мария Тодева. Учи в Банско. Завършва V клас на българската гимназия в Солун, където е съученик с Гоце Делчев, и от есента на 1891 година е учител за една година в родното си село. По-късно се занимава с търговия с дървен материал. Влиза във ВМОРО. В 1896 година Делчев става главен учител в Банско и основава Разложкия революционен комитет, като пръв негов председател до 1903 година е Тодев, който председателства и Разложкия околийски комитет.[3][4] Участва в аферата „Мис Стоун“ в 1901 година. Арестуван е от властите за участие в аферата и жестоко изтезаван. След освобождението си, заминава за Свободна България.[3]
През юли 1903 година се връща в Банско и е делегат от Разложкия район на конгреса на Серския революционен окръг, на който е изработен план за въстанически действия.[3][5] По време на Илинденско-Преображенското въстание през лятото на 1903 година заедно с Костадин Молеров и Антон Шипков е в щаба, ръководещ бойните действия в Разлога.[3][6] Начело на голяма чета се сражава с османците в местността Суходол край Банско. След разгрома на въстанието, се изтегля в Свободна България.[3]
Тодев е баща на Здравка Воденичарова (1912 – 2004), юристка по образование и комунистическа активистка, майка на политиците Пирин Воденичаров (1937-1992) и Румен Воденичаров (р. 1938).
Димитър Тодев умира на 16 март 1952 година в София.[3][9]
