Фамилия Димитрий — редкий случай, когда в основе лежит не крестильное имя, а его полная церковная форма. В отличие от привычных Дмитриев, Дмитриевых или Димитровых, эта фамилия сохранила архаичное написание через «и» и окончание, отсылающее к имени святого великомученика Димитрия Солунского. В русской традиции имя Димитрий — это старославянская передача греческого Димитриос, что значит «посвящённый Деметре», богине плодородия. Но для человека, носящего такую фамилию, важнее другое: предок, скорее всего, не просто носил имя Дмитрий, а был назван именно в церковной, книжной форме — такое встречалось в среде духовенства или старообрядцев.

Словообразовательная модель здесь нестандартная. Большинство русских фамилий образуют суффиксами -ов, -ев, -ин от кратких или уменьшительных форм имени (Дмитрий → Дмитриев). Фамилия Димитрий — это чистая основа, без суффикса, что характерно для фамилий-прозвищ или для случаев, когда фамилией стало само полное имя, застывшее в форме именительного падежа. Такой тип встречается редко и обычно указывает на происхождение из южнорусских или украинских земель, где фамилии на -ий (Тихий, Гладкий) более привычны. Однако здесь «Димитрий» звучит как имя, а не как прилагательное, что делает её уникальной.

Географически фамилия Димитрий не частотна. В дореволюционных переписях она фиксируется в южных губерниях — Херсонской, Екатеринославской, а также среди казачества. Возможно, предок был священником или псаломщиком, которому при переписи записали полное имя вместо фамилии, и так оно закрепилось за потомками. Второй вариант — фамилия могла возникнуть в среде греческих или болгарских переселенцев, где форма Димитрий была обиходной, а затем обрусела.

Споров о происхождении почти нет: версия с церковным именем — единственная убедительная. Альтернативные гипотезы вроде связи с греческим топонимом или прозвищем «димитрий» (от слова «димитрий» в значении «принадлежащий Деметре») лишены оснований — в русском языке такого слова не было. Фамилия редкая, но её носители могут с уверенностью сказать: предок носил имя в его полной, торжественной форме, что выделяло его среди множества Дмитриев.