Considerato una delle migliori voci della storia della musica, ha saputo esprimere il passato ellenico e la bellezza delle terre in cui ha vissuto attraverso un canto poetico e soave, prestato a generi diversissimi, dal rock progressivo, alla disco music , alle tante varianti del pop. Nato in Egitto da famiglia greca, tornò con questi nel paese di origine dopo la perdita di tutti i loro averi in seguito alla Crisi di Suez nel 1956. Come bassista ha uno stile che ricorda le sonorità e la tecnica di Paul McCartney e di Brian Wilson. Il gruppo degli Aphrodite's Child del quale ha fatto parte dall'origine allo scioglimento di esso ha prodotto singoli di successo planetario come It's Five O'clock, e un album 666 considerato dalla critica come un capolavoro. Il tastierista del gruppo, Vangelis Papathanassiou, diventerà famosissimo compositore di colonne sonore con il nome di Vangelis. In gioventù il cantante aveva appreso il solfeggio e aveva imparato a suonare la chitarra e la tromba, divenendo inoltre solista nel coro della chiesa bizantina di Alessandria d'Egitto. In Grecia Demis entrò a far parte di numerosi gruppi musicali e soprattutto Aphrodite's Child) prima di iniziare la carriera da solista.  Un grande successo è stato Race to the End, adattamento vocale del tema portante della colonna sonora di Momenti di Gloria . La sua carriera solistica ha toccato l'apice negli anni settanta: ha vinto il Festivalbar 1971 con We shall dance. Il singolo Forever and Ever fu primo nelle classifiche di molti paesi nel 1973. Altri successi furono My Friend the Wind, My Reason e Lovely Lady of Arcadia.  Fu tra i passeggeri del volo TWA 847 dirottato il 14 giugno del 1985. Percependo una svolta nella sua vita Demis si imbarcò in un'operazione di rilancio dell'attività con l'LP Time che gli procurò una certa acclamazione e un singolo di successo nelle discoteche (Dance of Love). Gli anni novanta videro ulteriori sostanziali uscite, utilizzando una gran varietà di strumenti etnici e stili elettronici. Demis continua a registrare e ad esibirsi dal vivo. Nella primavera del 2002 fece un tour del Regno Unito. Il 19 settembre 2008 è stato tra gli ospiti della trasmissione I migliori anni ed ha ringraziato l'Italia, perché proprio in Italia iniziò la sua carriera come solista. Ha cantato il suo grande successo Forever and ever.