Жизнеописание
Родился в Астраханской губернии. Окончив Астраханскую Духовную семинарию, он в 1878 году поступил в Казанскую Духовную Академию. По окончании академического курса со степенью кандидата богословия в 1882 году получил назначение преподавателем гомилетики и литургики в Самарскую Духовную семинарию, однако по ходатайству ректора Академии, протоиерея Александра Владимирского, был оставлен в Академии и приступил к чтению лекций по истории Богослужения на кафедре литургики, которую в то время занимал профессор Н.Ф. Красносельцев.
В 1883 году А. А. Дмитриевский получил степень магистра за сочинение «Богослужение в Русской Церкви в XVI веке. Часть первая. Службы круга седмичного и годичного и чинопоследования таинств». В своем отзыве профессор Н.Ф. Красносельцев признал диссертацию «весьма солидным вкладом в науку археологии вообще и археологии православного Богослужения, в частности». Для своей диссертации молодой ученый использовал 200 славяно-русских, 30 южнославянских и 70 греческих рукописей, предварительно изучив греческую палеографию. В приложении Дмитриевский издал десять чинов по греческим рукописям.
После двухлетнего преподавания А. А. Дмитриевский получил кафедру литургики и церковной археологии в Киевской Духовной Академии, с которой связана вся его последующая профессорская деятельность вплоть до 1907 года. В 1884 году Алексей Афанасьевич начинает чтение лекций по церковной археологии и литургике, которые, по новому вступившему в действие с осени 1884 года Уставу, стали обязательными предметами для всех студентов. Летом 1886 года А.А. Дмитриевский отправился на Восток и несколько месяцев провел на Афоне с целью изучения богослужебных рукописей. На Афоне он описал 38 типиконов и более 100 других богослужебных рукописей. В 1888 году Дмитриевский работал в библиотеке Синайского монастыря, где, помимо работы с рукописями, описал более 500 икон. «Синайская библиотека, — писал он, — дала такое количество богослужебных рукописей, какого я не встречал в других восточных библиотеках». В 1889, 1891 и 1893 году он вновь посетил Иерусалим, работал на Афоне, занимался в Константинополе и Афинах и путешествовал по Италии. В 1898 году еще раз побывал в главнейших книгохранилищах Востока, а также в шестой раз посетил Святую Гору Афон.
В 1895 году вышел в свет главный труд А.А. Дмитриевского «Описание литургических рукописей, хранящихся в библиотеках Православного Востока. Том 1. Часть 1. Памятники патриарших Уставов и ктиторские монастырские Типиконы», представленный им в качестве докторской диссертации. Рецензенты признали большую научную ценность этого издания. В 1896 году Дмитриевский был удостоен степени доктора церковной истории. Алексей Афанасьевич находил время выступать с публичными докладами и лекциями, в которых виден огромный научный багаж. К этой серии его трудов следует отнести «Недостатки современного церковно-религиозного воспитания и причины, их породившие», «Служебник — книга таинственная (по поводу суждений о ней в новейшей художественной литературе)».
Необычайно плодотворной была деятельность А. А. Дмитриевского в Киевской Духовной Академии, где он создал целую литургическую школу. В журнале «Труды Киевской Духовной Академии» за 1886—1907 годы напечатано 44 отзыва профессора Дмитриевского о сочинениях, представленных ему студентами. Н.Д. Успенский, ученик Дмитриевского, писал: «Это был не только выдающийся ученый, исследователь и талантливый лектор, но и прекрасный педагог, умевший пробудить у своих учеников любовь к труду и науке».
В 1906 году А.А. Дмитриевский уехал в Петербург работать в Предсоборном Присутствии. Находясь в Петербурге, Алексей Афанасьевич принимал деятельное участие в Православном Палестинском Обществе, исполняя обязанности секретаря, а после выхода в отставку он всецело занялся делами Общества. По поручению Св. Синода А.А. Дмитриевский также участвовал в Комиссии по исправлению славянского текста богослужебных книг. В 1914 году он был приглашен сверхштатным членом Училищного Совета, ему поручили рассмотреть работу директора Московского Синодального училища А.Д. Кастальского «Образцы распевного чтения молитв, тропарей и проч.»
В 1918 году Палестинское Общество прекратило свою работу, и наступившие в Петрограде голод и разруха заставили Алексея Афанасьевича переехать в Астрахань, где он получил кафедру греческого языка в недавно открытом университете, а в 1919 году был избран на должность проректора. В 1922 году университет закрыли, и Алексей Афанасьевич вернулся в Петербург, где его пригласили к участию в работах Русско-византийской комиссии при Академии наук.
Осенью 1923 года Дмитриевский был приглашен читать лекции по литургике на Богословских курсах в Петрограде. В середине 1925 года это среднее учебное богословское заведение было реорганизовано в Высшие Богословские курсы, которые в августе 1928 года прекратили свое существование. За свои капитальные труды и издания литургических текстов Дмитриевский был избран почетным членом всех четырех Духовных Академий. В 1903 году его избрали членом-корреспондентом Академии наук по Отделению русского языка и словесности, а в 1923 году — действительным членом Академии наук и членом Славянской комиссии Академии наук.
Архив А.А. Дмитриевского хранится в Российской национальной библиотеке в Санкт-Петербурге, фонд 253, другая часть материалов находится в Архиве Академии наук, фонд 214. Алексей Афанасьевич Дмитриевский скончался 10 августа 1929 года. Погребен на братском кладбище Александро-Невской Лавры.