Nacque ad Alessandria d'Egitto da una famiglia di origine greca.Tredici anni di vita li passò ad Alessandria d'Egitto studiando pianoforte e fisarmonica. Nel 1962 si trasferì a Milano dove si iscrisse alla facoltà di Architettura, fu in questa città che, nel 1966, si unì come voce solista e pianista al gruppo de I Ribelli , con i quali registrerà svariati 45 giri di successo, come Pugni chiusi, Chi mi aiuterà e Oh Darling! ed un LP e con i quali resterà fino al 1970.
Dopo quest'esperienza pubblica nel 1971 un 45 giri per la Numero Uno di Lucio Battisti e fonda nel 1972 il gruppo degli Area.
Non possiamo dimenticare la discografia solista di Stratos, per lo più centrata su sperimentazioni e ricerche vocali. Il suo studio della voce come strumento, lo portò a raggiungere risultati al limite delle capacità umane: nella sua massima esibizione raggiunse i 7000 Hz (un tenore "normale" può arrivare mediamente a 523 Hz, mentre un soprano, quindi una donna, può arrivare fino a 1046 Hz), era in grado di padroneggiare due, tre e quattro suoni contemporaneamente emessi con la voce. Compì ricerche di etnomusicologia ed estensione vocale in collaborazione con il CNR di Padova e studiò le modalità canore dei popoli asiatici.

Nel 1974 prese parte a tournée e festival in Francia, Portogallo, Svizzera e Cuba; a Cuba ricevette l'invito dal Ministero della Cultura ad incontrarsi con la Delegazione di musicisti della Mongolia, per partecipare a un dibattito sulla vocalità dell'Estremo oriente; Stratos si era infatti progressivamente inoltrato nel misterioso mondo dei suoni, riprendendo ed ampliando un vasto discorso sul significato della voce nelle civiltà orientali e medio-orientali.

Nel 1978 lasciò gli Area per dedicarsi esclusivamente alla ricerca vocale. In quest'anno accrebbe la sua fama internazionale partecipando, su invito di John Cage, a concerti tenuti al Roundabout Theatre di New York; è proprio di questo periodo "Event" con Merce Cunningham e la Dance Company, eseguito con la direzione artistica di Jasper Johns, quella musicale di Cage e la collaborazione di Andy Warhol per i costumi.
Morì prematuramente al Memorial Hospital di New York all'età di 34 anni, affetto da una leucemia dirompente (causa della morte fu un collasso cardiocircolatorio). Il 13 giugno 1979, il giorno precedente al grande concerto di Milano, che era stato promosso per raccogliere fondi da utilizzare nella costosa degenza.

La sua morte sconvolse tutto il mondo dello spettacolo e non solo i musicisti sperimentali. La sua salma è conservata nel cimitero del piccolo borgo di Scipione Castello, frazione di Salsomaggiore Terme (PR), che dal 2000 organizza tutti gli anni un week end di concerti dedicati all'artista.
A Demetrio Stratos è intitolato l'auditorium degli studi di Radio Popolare, a Milano.
Dal 1996 si tiene ad Alberone di Cento (FE) una Rassegna di Musica Diversa in omaggio a Demetrio Stratos, alla quale partecipano numerose band underground italiane.