Жизнь
После смерти отца остался единственным представителем московской линии дома Рюриковичей, кроме старшего брата, царя Фёдора Иоанновича. Однако он был рождён от не менее чем шестого брака отца, в то время как православная церковь считает законными только три последовательных брака, и, следовательно, мог считаться незаконнорождённым и исключаться из числа претендентов на престол (см. например историю о проблемах императора Льва VI с попыткой обеспечить право на престол своему сыну от такой «неодобренной» 4-й жены Зои — Константину Багрянородному). Отправлен регентским советом вместе с матерью в Углич, где считался правящим князем и имел свой двор (последний русский удельный князь), официально — получив его в удел, но по всей видимости, реальной причиной тому было опасение властей, что Дмитрий вольно или невольно может стать центром, вокруг которого сплотятся все недовольные правлением царя Фёдора.
Эта версия подтверждается тем, что никаких реальных прав на «удел» кроме получения части доходов уезда ни сам царевич, ни его родня не получили. Реальная власть сосредотачивалась в руках присланных из Москвы «служилых людей» под руководством дьяка Михаила Битяговского.
Смерть
15 (25) мая 1591 года царевич играл «в тычку», причём компанию ему составляли маленькие робятка жильцы Петруша Колобов и Важен Тучков — сыновья постельницы и кормилицы, состоявших при особе царицы, а также Иван Красенский и Гриша Козловский. Царевича опекали мамка Василиса Волохова, кормилица Арина Тучкова и постельница Марья Колобова.
Правила игры, не изменившиеся до нынешнего времени, состоят в том, что на земле проводится черта, через которую бросают нож или заостренный гвоздь, стараясь, чтобы он воткнулся в землю как можно дальше. Побеждает тот, кто сделал самый дальний бросок. Если верить показаниям очевидцев событий, данным во время следствия, в руках у царевича была «свая» — заострённый четырёхгранный гвоздь или перочинный нож. То же подтвердил брат царицы Андрей Нагой, передававший, впрочем, события с чужих слов. Существует несколько иной вариант, записанный со слов некоего Ромки Иванова «со товарищи» (также говоривших, по всей вероятности, с чужих слов): царевич тешился сваею в кольцо.
Относительно дальнейшего очевидцы в основном единодушны — у Дмитрия начался приступ эпилепсии — говоря языком того времени — «черной немочи», и во время судорог он случайно ударил себя «сваей» в горло.
По словам кормилицы Арины Тучковой
Ту же версию с некоторыми вариациями повторяли и другие очевидцы событий, а также один из братьев царицы Григорий Федорович Нагой.
Впрочем, царица и другой её брат, Михаил, упорно придерживались версии, что Дмитрий был зарезан Осипом Волоховым (сыном мамки царевича), Никитой Качаловым и Данилой Битяговским (сыном дьяка Михаила, присланного надзирать за опальной царской семьей) — то есть по прямому приказу Москвы.
Возбуждённая толпа, поднявшаяся по набату, растерзала предполагаемых убийц. Впоследствии колоколу, послужившему набатом, по распоряжению Василия Шуйского был отрезан язык (как человеку), и он вместе с угличанами-мятежниками стал первым ссыльным в только что присоединённую к Российскому государству Сибирь. Только в конце XIX века опальный колокол был возвращен в Углич. В настоящее время он висит в церкви царевича Димитрия «На крови». Тело царевича было отнесено для отпевания в церковь, рядом с ним «безотступно» находился Андрей Александрович Нагой. 19 (29) мая 1591 года, через четыре дня после смерти царевича, из Москвы прибыла следственная комиссия в составе митрополита Геласия, главы Поместного приказа думного дьяка Елизария Вылузгина, окольничего Андрея Петровича Луп-Клешнина и будущего царя Василия Шуйского. Выводы комиссии на тот момент были однозначны — царевич погиб от несчастного случая.