Dimitrie era fiul domnului moldovean Constantin Cantemir. La moartea tatălui său în 1693, a fost proclamat domn după modelul lui Constantin Brâncoveanu, însă Poarta nu l-a confirmat în domnie. Și-a petrecut următorii ani la Constantinopol, unde a fost capuchehaie (trimis la Poartă ca garant al fidelității) și a însoțit armata otomană în expediția eșuată din Ungaria, fiind martor al înfrângerii oștilor otomane ale sultanului Mustafa al II-lea de către austrieci în luptele de la Petrovaradin și Zenta, unde s-a convins de decadența Imperiului Otoman.
În 1710 a fost pus la tronul Moldovei, având misiunea de a-l supraveghea pe Brâncoveanu, bănuit de neloialitate față de Imperiul Otoman, în schimb a încheiat el însuși un tratat cu Imperiul Rus al lui Petru cel Mare. Armata rusă ajutată de moldoveni a suferit o înfrângere categorică din partea turcilor în Bătălia de la Stănilești. În consecință, Cantemir a fost nevoit să se refugieze în Rusia, unde și-a petrecut restul vieții în mijlocul preocupărilor intelectuale.
