Димитрий Евтихиевич Семенов родился 30 октября 1873 года в селе Бешпагир Ставропольского уезда Ставропольской губернии в семье священника. Окончил три класса Ставропольской духовной семинарии. Получил свидетельство на звание учителя народных училищ.
С 1 октября 1894 года по 1 августа 1896 года состоял учителем в Ставропольской дирекции народных училищ. С 5 августа 1896 года был принят на службу в духовное ведомство и определен на диаконо-учительское место к церкви Рождества Пресвятой Богородицы села Винодельного Новогригорьевского уезда Ставропольской губернии, после чего рукоположен в сан диакона. С июля 1897 года по март 1909 года был клириком Спасо-Преображенской церкви села Новоселицкого Александровского уезда Ставропольской губернии.
В период активного переселения в Сибирь в ходе столыпинской аграрной реформы он, в числе первых в Ставропольской епархии, ходатайствовал о переводе в Томскую епархию. Святейший Синод, рекомендуя епархиальным преосвященным европейской части России «располагать благонадежных священнослужителей» к поступлению на службу в Сибири, особо указывал «на высоту ожидающего их апостольского подвига».
Диакон Димитрий Семенов был рукоположен в сан священника 31 мая 1909 года, и более четырех лет своего пастырского служения посвятил заботам о благоустройстве прихода Михаило-Архангельской церкви села Таскаевского Каинского уезда Томской епархии, утверждению в жизни прихожан христианского благочестия, охранению паствы от исказителей веры. Благодаря его энергичной деятельности в 1911 году в деревне Бакмасихе было построено прекрасное здание для церковно-приходской школы стоимостью в 2500 рублей, из которых 1600 рублей священником были «изысканы на месте». 2 сентября 1912 года он был награжден набедренником «за заслуги по церковно-школьному делу». Однако вынужден был вернуться на родину для оказания помощи в лечении престарелого отца.
С 24 сентября 1913 года по день мученической кончины летом 1918 года служил на втором священническом месте в Крестовоздвиженской церкви села Бешпагир Ставропольской епархии. Добросовестно и честно исполнял свой пастырский долг, заботился о христианском просвещении детей, чем снискал уважение и любовь своей паствы.
27 июня 1918 года в село вступили красноармейцы, которые в тот же день пришли в дом отца Димитрия. Священник их накормил, а через полчаса был арестован. В здании волостного правления, где разместился штаб красноармейцев, его долго пытали и издевались над ним, а потом сказали: «Ну, теперь готовься». Священник попросил разрешить ему помолиться перед смертью. Едва молитва была окончена, палачи набросились на него и шашками изрубили ему голову. Бездыханное тело пастыря сбросили под кручу, недалеко от места казни. Хоронить его запретили. Когда красноармейцы ушли из села, состоялось его погребение в ограде Крестовоздвиженской церкви: «Почти все село вышло проводить прах мученика и многие оплакивали его безвременную кончину».
Память убиенного иерея Димитрия Семенова почитается в епархиях Ставропольской митрополии, а его имя с 2019 года возносится в храмах митрополии на уставных панихидах в день Собора новомучеников и исповедников Церкви Русской.
