Родился в д. Оса Пермской губернии в дворянской семье.
Окончил Петербургское строительное училище (1876).
Известен как выдающийся петербургский архитектор. Архитектор Гатчинского дворцового управления (1880 - 1890-е).
В Гатчине по его проектам построены: реальное училище, оранжереи, придворные конюшни, водонапорная башня, церковь и др. Ему присвоено звание "Почётный гражданин Гатчины".
Дмитриев — автор ряда крупных общественных и производственных зданий, престижных доходных домов, особняков и др. в Санкт-Петербурге, среди которых: дом призрения сирот и вдов придворного духовенства (ныне институт "Ленниигипрохим"); дом книгоиздательства А. Ф. Маркса; дом просветительных учреждений; Гаванский рабочий городок и др.
Дмитриев известен и как активный общественный деятель (1910-е): председатель правления Товарищества по борьбе с жилищной нуждой, Общества гражданских инженеров; товарищ председателя Общества народных университетов; гласный Санкт-Петербургской городской думы.
В конце XIX в. приобрёл имение в с. Алексеевка Щигровского уезда Курской губернии (370 дес.), известное к 1916 г. как образцовое хозяйство (сад, плодопитомник, племенное скотоводство, полеводство).
Дмитриев — один из авторов проекта психиатрической больницы в д. Сапогово Курского уезда (строительство 1896-1906).
Награждён орденом Св. Владимира IV степени (1894).
Е. В. Холодова