Pasó los primeros diez años de su vida en Antibes (Francia), donde recibió una educación tradicional rusa. En 1936 su familia se trasladó a Italia, donde continuó su educación y por un tiempo vivió en el Palacio Real en Roma. En 1946 su familia se mudó a Egipto, donde vivieron varios años antes de regresar a Italia. En 1960 se trasladó a Dinamarca, donde trabajó para una serie de bancos como el Danske Bank, donde fue un ejecutivo hasta su jubilación en 1993. Hablaba fluidamente ruso, francés, inglés, danés e italiano.
Matrimonios
Se casó dos veces. Su primera esposa fue Johanna von Kauffmann (1936-1989), con quien se casó en Copenhague el 21 de enero de 1959. Después de enviudar en 1989 contrajo nupcias con Dorrit Reventlow (nacida en 1942) en Kostromá el 28 de julio de 1993. Su segundo matrimonio fue la primera vez que un Románov había casado en Rusia desde la caída de la dinastía.
Trabajo de la caridad
Desde su retiro, participó en una serie de obras de caridad. En junio de 1992 fue uno de los siete príncipes Románov que se reunieron en París, donde se decidió crear el Fondo Románov de Rusia con la finalidad de llevar a cabo actos de caridad en la Rusia postcomunista, y fue su presidente desde su creación. Visitó Rusia en julio de 1993, con la misión de decidir en qué áreas centrar la acción de caridad del Fondo Románov.
Fue también presidente del Fondo de Caridad Príncipe Demetrio Románov, que fundó en 2006.
Asociación Familia Románov
Fue miembro de la Asociación de la Familia Románov desde 1979, año de su creación, y se desempeñó como miembro del comité. En julio de 1998, se unió a otros miembros de la familia imperial de San Petersburgo para asistir al funeral del último emperador de Rusia, Nicolás II y su familia. En marzo de 2003, el entonces primer ministro de Bulgaria y el ex zar, Simeón de Sajonia-Coburgo-Gotha, invitaron al príncipe Demetrio para asistir a los eventos que celebraron la liberación de Bulgaria del dominio otomano durante la guerra ruso-turca de 1877-1878.
En septiembre de 2006, después de una exitosa campaña de presión de la familia real danesa y el presidente ruso, Vladímir Putin, hizo arreglos para que los restos de la emperatriz viuda María Fiódorovna fueran trasladados desde Dinamarca, donde murió en el exilio, a Rusia para que pudieran ser enterrados junto a su marido el emperador Alejandro III. Después de asistir a la misa por María Fiódorovna en la catedral de Roskilde (Dinamarca), acompañó los restos en el buque de la Armada danesa que los trasladó a Rusia. El príncipe Demetrio, junto con otros descendientes de la familia imperial, asistió al servicio de inhumación en Rusia.
