Ο Δημήτρης Μυτιληναίος εννήθηκε το 1933 στην Αθήνα. Το 1935 η οικογένειά του μετακόμισε στη Λέσβο, στην Αγιάσο (1936-1941), έπειτα στο Πλωμάρι (1941-1945) και στη Μυτιλήνη (1935-1936 και 1945-1949). Στο Πλωμάρι ο πατέρας του, σαν πρωτοπρεσβύτερος του Ι.Ν. Αγίου Νικολάου, διοργάνωνε τα συσσίτια στα μαύρα χρόνια της Κατοχής. Η προτομή του στήθηκε το 1990 στο προαύλιο του ναού.
Το 1949 ο Δημήτρης Μυτιληναίος επέστρεψε στην Αθήνα, όταν ο πατέρας του μετατέθηκε στην εκκλησία της Αποστολικής Διακονίας Αγίας Βαρβάρας. Είναι απόφοιτος του εξαταξίου Γυμνασίου Αιγάλεω. Λόγω της επαφής του με τη θάλασσα στη Λέσβο, ήθελε να γίνει καπετάνιος, αλλά ήρθε κι άραξε και ρίζωσε στην Αγία Βαρβάρα Αττικής. Εργάστηκε έξι χρόνια στη διεκπεραίωση ενός μηνιαίου περιοδικού και έπειτα ως υπάλληλος καταστήματος ειδών υγιεινής. Το 1964 παντρεύτηκε κι απέκτησε δύο παιδιά, τη Μαρία και το Μανώλη. Το 1970 άνοιξε δικό του κατάστημα Υδραυλικών-Ειδών Υγιεινής στην Αγία Βαρβάρα. Τα κείμενά του, ποιήματα κυρίως και λίγα πεζά, πηγάζουν από μία βαθύτερη εσωτερική ανάγκη κι εκφράζουν το υψηλό ήθος ενός ιδεολόγου ανθρώπου: αγάπη και κατανόηση για το συνάνθρωπο, φυσιολατρία, αποκήρυξη της βίας, δημοκρατικά ιδεώδη, κριτική αντιμετώπιση της ζωής, προβληματισμός, απέραντη ανθρωπιά. Στα πρώτα ποιήματά του κυριαρχούν οι νοσταλγικές αναμνήσεις των παιδικών και εφηβικών του χρόνων, τα βιώματα από την Κατοχή, η φιλία, η αγάπη για την οικογένεια, ο ρομαντικός έρωτας, ο αθλητισμός, η αγάπη για τα ζώα, η προστασία του περιβάλλοντος, η καλοσύνη σε όλες της τις μορφές. Με λυρική νεοελληνική γλώσσα, στέλνει μηνύματα συναδέλφωσης και ειρηνικής συνύπαρξης. Στα νεότερα ποιήματά του διακρίνουμε μία στροφή προς το σήμερα, προβληματισμό και διαμαρτυρία σε πιο δυνατούς τόνους. Τα δραματικά πολιτικά γεγονότα των τελευταίων χρόνων γεμίζουν τους στίχους του ερωτηματικά, που εκφράζουν την αγωνία του σκεπτόμενου Έλληνα πολίτη για την τύχη της Ελλάδας και του κόσμου όλου. Ωστόσο, η κραυγή αγωνίας είναι συνάμα θαρραλέο κάλεσμα για αντίσταση.
Μετά τη συνταξιοδότησή του το 1995, δημοσίευσε έξι βιβλία, κυρίως ποιητικέςσυλλογές:
«Απόσταγμα» (1996), «Έκσταση» (2003), που την αφιερώνει και στην Πλωμαρίτισσα δασκάλα του Ειρήνη Φεργαδιώτη, «Σημάδι μεσοπέλαγα» (2006), «Οι κλώνοι της αγάπης» (2007), «Ζωή επί Γης» (2010) και «Μια ζωγραφιά» (2012). Ποιήματά του δημοσιεύονται συχνά στα περιοδικά «Αιολικά Γράμματα» του Κώστα Βαλέτα και «Αγιάσος» του Φιλοπρόοδου Συλλόγου Αγιασωτών στην Αθήνα και στις τοπικές εφημερίδες «Προοδευτική» και «Αιγάλεω» Αγίας Βαρβάρας, όπου διαμένει. Είναι μέλος της Εταιρείας Ελλήνων Λογοτεχνών.
