В 1876 году с отличием окончил Петербургское строительное училище.
Работа в Санкт-Петербурге
Свою работу Дмитриев начал с проектирования доходных домов и особняков для именитых заказчиков.
Затем поступил на службу в Строительно-технический комитет МВД, создаёт проекты народного театра и дома призрения вдов и сирот.
Наиболее значительным проектом Дмитриева в Санкт-Петербурге стал дом книгоиздательства А. Ф. Маркса (Измайловский пр., д. 29), в котором разместилась типография журнала «Нива».
- Каменноостровский проспект, д.№ 11, двор — производственные здания механического завода Р. К. Гроша. 1877. (Перестроены).
- Улица Некрасова, д.№ 22 — доходный дом. Перестройка. 1877.
- Улица Михайлова, д.№ 12 — доходный дом. 1878—1881.
- Большой Сампсониевский проспект, д.№ 18 — доходный дом. Перестройка. 1879—1880. (Надстроен).
- Большой Сампсониевский проспект, д.№ 20 — доходный дом. Перестройка. 1879—1880. (Надстроен).
- Улица Петра Алексеева, д.№ 5 — доходный дом. Перестройка. 1880.
- Улица Яблочкова, д.№ 5 — доходный дом. 1880. (Надстроен).
- Улица Марата, д.№ 37 — доходный дом. 1881.
- Улица Декабристов, д.№ 39 — здание театра Неметти. 1882. (Не сохранилось).
- Курляндская улица, д.№ 13 — производственные здания фабрики Н. Я. Паля. 1883—1889.
- Набережная канала Грибоедова, д.№ 30 ? 1880-е — здание архива сберегательной кассы и служебные корпуса Государственного банка.
- Набережная Кутузова, д.№ 18 — доходный дом Орлова-Давыдова. Перестройка. 1885—1886.
- Проспект Чернышевского, д.№ 1 — Шпалерная, д.№ 36 -набережная Робеспьера, д.№ 20 — дом призрения вдов и сирот придворного духовенства. 1887—1889. (Надстроен).
- Улица Чайковского, д.№ 34 — доходный дом Н. В. Дмитриева. 1892.
- Захарьевская улица, д.№ 25, правая часть — доходный дом. 1893.
- Улица Чайковского, д.№ 56 — доходный дом. 1897.
- Захарьевская улица, д.№ 21 — доходный дом. 1898.
- Улица Рылеева, д.№ 2 -переулок Радищева, д.№ 6 — доходный дом. Надстройка. 1898.
- Измайловский проспект, д.№ 29 — жилой дом, гимназия и типография А. Ф. Маркса. 1898—1900.
- Садовая улица, д.№ 32/Апраксин переулок, д.№ 1 — доходный дом Томилина. 1903—1906. Совместно с Л. М. Харламовым.
- Малый проспект Васильевского острова, д.№ 71/Гаванская улица, д.№ 47 — жилой комплекс «Гаванский рабочий городок». 1904—1906. Завершен В. А. Федоровым.
- 5-я Красноармейская улица, д.№ 1 — доходный дом Н. В. Дмитриева. 1910.
- Набережная Обводного канала, д.№ 181, 1861 г — дом просветительных учреждений в память 19 февраля (позже — ДК им Цюрюпы). 1911—1912.
Работа в Гатчине
В 1885 году Дмитриев становится главным архитектором Гатчины. По его проектам строятся:
- Церковь «Во имя Всех Святых» на городском кладбище (1888—1889). Спроектирована в неорусском стиле. В настоящее время находится в руинированном состоянии.
- Здания Придворных конюшен. Сейчас в них располагается Музей истории авиационного двигателестроения и ремонта
- Комплекс зданий придворных оранжерей на Красноармейском проспекте
- Здание Реального училища (1899—1900). Спроектировано в стиле неоренессанс. В настоящее время в нём располагается средняя школа № 4.
В 1901 году стал почётным гражданином Гатчины.
Похоронен на Новом кладбище Гатчины.
