Святой благоверный царевич Димитрий родился 19 октября 1582 года — по другим источникам, в 1583 или 1585 году — в Москве. Он был сыном царя Иоанна IV Грозного от брака с Марией Фёдоровной из рода Нагих, и отец назначил ему в удел Углич. После смерти Иоанна Грозного на престол вступил старший брат Димитрия, Феодор Иоаннович, но правил государством его шурин, властолюбивый боярин Борис Годунов.

В государстве, начиная с самого царя, Димитрия признавали наследником престола, и имя его поминали в церквях. Годунов, стремившийся к самодержавной власти, стал действовать против царевича как против личного врага. Сперва он удалил его вместе с матерью из Москвы в удельный Углич. Затем через своих сторонников распустил лживые слухи о мнимой незаконнорождённости царевича и запретил поминать его имя за богослужением, а после пустил новый вымысел — будто отрок унаследовал суровость отца. Когда это не помогло, была предпринята попытка отравить царевича, но смертоносное зелье ему не вредило.

Тогда злодеи решились на явное преступление. В субботу 15 мая 1591 года мамка вывела отрока во двор, где его уже ждали Осип Волохов, Данило Битяговский и Никита Качалов. Кормилица бросилась на царевича, закрывая его собой, но её избили и отняли ребёнка. Мать, выйдя на крыльцо, увидела гибель сына; пономарь заперся на колокольне и ударил в набат, а сбежавшийся народ сам расправился с убийцами. В Москве Годунов сумел убедить царя, что младший брат страдал падучей и погиб случайно, упав на нож. Царицу постригли в монахини с именем Марфы и сослали, её братьев отправили в заточение, а угличан за самосуд казнили, сослали или изувечили.

Народ этому розыску не поверил. Пятнадцать лет спустя сам князь Василий Шуйский, ведший то расследование, писал в грамотах, что царевич был убит, как непорочный агнец, в Угличе; о том же писали патриархи Иов и Ермоген и многие современники. Когда в 1606 году открыли гроб, увидели, что в одной руке отрок держал шитое золотом полотенце, а в другой — орехи: таким его и застала смерть.

Царевича похоронили в Угличе, в дворцовом храме Преображения Господня. У его гробницы стали совершаться исцеления, и особенно часто исцелялись больные глазами — об этом писал святитель Димитрий Ростовский, составивший житие царевича и описание чудес. 3 июня 1606 года святые мощи страстотерпца были обретены нетленными и перенесены в Москву митрополитом Ростовским Филаретом; их положили в Архангельском соборе Кремля, в приделе Иоанна Предтечи. Тогда же установили праздновать царевичу трижды в год: рождение, убиение и перенесение мощей. Углич, почитающий его своим небесным покровителем, прибавил к ним ещё один день — празднество плащанице, вышитой матерью царевича. В этот день после литургии плащаницу и одр обносили вокруг дворца, а горожане подносили под них своих детей — от грудных младенцев до восьмилетних.

Во время Отечественной войны 1812 года мощи спас священник московского Вознесенского монастыря Иоанн Вениаминов: он вынес их под одеждой из Архангельского собора и спрятал в обители, а после изгнания неприятеля мощи торжественно вернули на прежнее место.

Иконописный подлинник под 15 мая описывает царевича так: юный отрок в царском венце и багрянице, с молитвенно поднятыми руками. Молятся святому Димитрию о детях, о больных — особенно глазами, — и о том, чтобы неправда была обличена.