Ο Δημήτριος Αντωνίου γεννήθηκε στην Μπέιρα της Μοζαμβίκης και καταγόταν από μεγάλη ναυτιλιακή οικογένεια της Κάσου. Πέρασε τα πρώτα παιδικά του χρόνια στη γενέτειρά του και στο Σουέζ και ολοκλήρωσε τις εγκύκλιες σπουδές του στην Αθήνα, όπου εγκαταστάθηκε με την οικογένειά του το 1912. Φοίτησε στη Φιλοσοφική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών και ασχολήθηκε παράλληλα με την εκμάθηση ξένων γλωσσών και ερασιτεχνικά με την ορυκτολογία, τη βοτανική, την εντομολογία, τη ζωολογία, τη μουσική. Από το 1928 ακολούθησε στρατιωτική καριέρα στην εμπορική ναυτιλία και έφτασε ως το βαθμό του πλοιάρχου. Συνταξιοδοτήθηκε το 1968. Κατά τη διάρκεια του ελληνογερμανικού πολέμου υπηρέτησε ως έφεδρος αξιωματικός στο αντιτορπιλικό Κείος.

Νέος μπήκε στον κύκλο του Παλαμά και γνωρίστηκε με τους Κωνσταντίνο Τσάτσο, Γιώργο Σεφέρη, Οδυσσέα Ελύτη και τους άλλους λογοτέχνες της λεγόμενης γενιάς του Τριάντα, με τους οποίους συμπορεύτηκε στην ανανέωση του ελληνικού ποιητικού λόγου. Στα γράμματα πρωτοεμφανίστηκε το 1936 από τις σελίδες των Νέων Γραμμάτων με τη δημοσίευση ποιημάτων που κρίθηκαν ευνοϊκά από το Γιώργο Σεφέρη. Εξέδωσε τρεις ποιητικές συλλογές (Ποιήματα, Ινδίες [Β΄ Κρατικό Βραβείο Ποίησης - 1967], Χάι-Κάι και Τάνκα [Α΄ Κρατικό Βραβείο Ποίησης - 1972]), ενώ πολλά έργα του (ποιήματα, λογοτεχνικά δοκίμια, μεταφράσεις) βρίσκονται δημοσιευμένα σε εφημερίδες και περιοδικά.