Gençliğinde Latince, Yunanca ve İslav dillerinin yanı sıra, din bilgisi ve silah kullanmayı öğrendi. 1684’te Osmanlı Devleti babasını Boğdan beyliğine atayınca, geleneğe uyularak 1678’de rehin olarak İstanbul’a gönderildi. Öğrenimini İstanbul’da sürdürerek, Patrikhanedeki akademide eski Yunan ve Latin kültürüyle Bizans ağırlıklı Ortodoks kültürünü, Enderunda ise Osmanlıca, Farsça ve Arapça öğrendi. Osmanlı siyaset ve kültür çevreleriyle yakın ilişki kurdu. Osmanlı Devleti’nin siyaseti, kurumları, etnik durumu, İslam dini ve sanatına ilişkin bilgiler edindiği gibi Batı’daki hümanizma hareketlerini izlemeyi de ihmal etmedi. Kantemiroğlu’nun besteci olarak önemi, oluşturduğu nota sistemiyle pek çok yapıtı notaya almış olmasındadır. Çağdaş Romen yazarlarının araştırmalarına göre, ilk müzik zevkini, flütle Boğdan havaları çalan babasından almıştır; Boğdan’dayken müziğin temel kurallarını da öğrenmiştir. Türk müziği öğrenimi ise, 14 yaşında geldiği İstanbul’da başlar. Kemani Edirneli Ahmed Çelebi’den bu müziğe ait bilgileri, Tanburi Angeliki’den tanbur öğrenir. II. Ahmet zamanında Enderuna alınır.
1693 yılında babasının yerine Boğdan beyi oldu, ama hakkındaki şüpheler üzerine ülkesine dönmesine izin verilmedi. Saraya yaptığı ısrarları sonucu 1710 yılında Boğdan beyi olarak ülkesine dönebildi. İlk işi, itimat ettiği bir adamını Rus Çarı'na göndererek hem kendi şahsını ve hem de Boğdan'ı çara teslim teklifinde bulunup Boğdan Prensliğinin tamam hudutlariyle kendisine ve kendisinden sonra evlatlarına istemek oldu. Bu teklifi Çar Petro tarafından kabul olunarak, aralarında gizlice bir antlaşma imzalanmış, o da buna müteakib bir kısım boyarlarla beraber isyan etmiştir.(1123 Cemaziyelahır/1711 Temmuz) Aynı sene Rus-Osmanlı savaşında Rus Çarı yenilince Katemiroğlu Rusya'ya kaçmak zorunda kaldı. Burada öldü. Kemikleri 1935 yılında ülkesine taşındı. Osmanlı tarihi hakkında bir eserinin dışında Rus edebiyatının başlangıcına sebep olmuştur.
Osmanlı tarihi hakkındaki kitabı Rusya’da 1714-1716 yılları arasında Latince yazdı. Batı'da Osmanlı Devleti konusunda oluşan önyargıların büyük kısmına da bu kitap vesile oldu. Kantemiroğlu bu kitapta, Avrupa devletlerine Türkler'i yenilgiye uğratmak için hayati önem taşıyan siyasal ve askeri öğütler de vermekten geri kalmadı. Petro onun yazdığı eserin bir an önce Rusça'ya çevrilmesi için emir verdi. Roma-Germen İmparatoru 6. Charles verdiği hizmetler karşılığında Cantemirlerini Roma-Germen Prensi sıfatıyla onurlandırdı. İngiltere Kraliçesi Caroline ise uzun yıllar bu kitabı başucundan ayırmadı.
Ney üflediği de söylenen Kantemiroğlu, saz çalmış olmasının kazandırdığı bilgilerle, Türk müziğinin kuramsal temelini kısa zamanda öğrendi. O dönemde, kuramsal konuları en iyi bilenlerden biriydi. Müzik meraklısı bir kimse olan Hazine-i Hümayün müdürü İsmail Efendi ile saray hazinedarı Latif Çelebi’nin ısrarlarıyla ünlü kitabını yazdı. Kısaca “Kantemirloğlu Edvarı” diye anılan, Kitab-ı İlmü’l-musiki ala vechi’l-hurüfat (Musikiyi Harflerle Tesbit ve İcra İlminin Kitabı, haz. Yalçın Tura, I-II c., Istanbul Yapı Kredi Yayınları, 2001) adlı bu kitap iki bölümden oluşur. Birinci bölümde makamlar, perdeler, usuller üstüne müzik teorisi bilgilerini; ikinci bölümde ise, 16.-17. yüzyıla ait toplam 349 parça bestenin notasını verir. Kitap, II. Ahmet’e sunulmuştur. Türkiye’deki çağdaş müzikoloji çalışmalarında, onun önemine ilk kez dikkati çeken kişi Rauf Yekta Bey oldu. 1912’de Şehbal dergisinde yayımladığı iki yazıda, biyografisini sunduktan sonra Hüseyin Sadrettin Arel aynı dergide hem bu edvarı yayımladı, hem de yapıt üstüne açıklamalarda bulundu. O. Wright, Yalçın Tura gibi Romen müzikolog Eugenia Popescu-Judetz, Kantemiroğlu hakkında pek çok çalışma yapmıştır. Bunların bir tanesi Türkiye'de yayınlanmıştır. (Prince Dimitrie Cantemir, Theorist and Composer of Turkish Music, Eugenia Popescu-Judetz, Pan Yayıncılık, Istanbul 1999, ISBN: 975-7652-82-2)
1 Aralık 2003'de yani Romanya'nın Tansilvanya ile birleşmesi nedeniyle her yıl kutlanan Birleşme Günü, Romanya Cumhurbaşkanı Ion Iliescu'nunda katıldığı bir törenle İstanbul-Şişli'de bulunan Maçka Parkı'na Mustafa Sarıgül tarafından büstü dikilerek, parka Maçka-Dimitrie Cantemir Parkı adı verildi. Dikilen büstte Cantemir'in Osmanlı yöneticisiyken Boğdan'ı Rus Çarına gizli antlaşmayla teslim etmesinden hiç bahsedilmemesi, ertesi yıl Mustafa Sarıgül'ün Romanya Cumhurbaşkanı'nın elinden Bükreş’te Devlet Üstün Hizmet Madalyası alması ve Mustafa Sarıgül'ün daha önce Romanya'da fabrikalarının bulunması dolayısıyla Türkiye'de pekçok eleştirileriye sebep olmuştu.
