За переказами старожилів, село існувало ще за кріпаччини. Його засновником був кріпак Дмитренко Дмитро, який втік від поміщика і став жити в лісі, на березі річки Супій, на «старому селі», що нині за 3 км на південний захід від центру села. Він займався рибальсьтвом та мисливством. Згодом до Дмитра Дмитренка почали прибувати інші кріпаки-втікачі і оселялися на "старому селі". Після ліквідації Запорозької СічіКатериною ІІ в село прибуло чимало козаків, які становили половину всього населення.
Наприкінці XVIII — на початку XIX століття в Дмитрівці з'явилися поміщики — Кононович і Платковський, які, маючи родючу землю, віддавали її в оренду бідному населенню. У центрі села була церква, «монополька» та крамницяєврея.
У 70-х роках XIX століття відкрито початкову школу, а в 1912 році — 6-й клас, до якого вступило 5 учнів.
За даними на 1859 рік у власницькому і козацькому селі Золотоніського повітуПолтавської губернії, мешкало 1059 осіб (460 чоловічої статі та 599 — жіночої), налічувалось 156 дворових господарств, існувала православна церква[4].
Станом на 1885 рік у колишньому державному та власницькому селі Піщанської волості мешкало 1466 осіб, налічувалось 254 дворових господарства, існували православна церква, школа, 2 постоялих двори, водяний і 2 вітряних млини, базари по вівторках, 4 маслобійних заводи[5].
За переписом 1897 року кількість мешканців зросла до 2220 осіб (1089 чоловічої статі та 1131 — жіночої), з яких 2210 — православної віри[6].
У 1930 році, під час примусової колективізації, було створено колгосп «Більшовик», який охопив майже всіх мешканців села. Головою цього колгоспу до 1941 року був Ярмола Петро Трохимович. У колгоспі було 90 корів, 256 коней, 10 пар волів, 2 автомашини.
Під час окупації села нацистами розстріляно із Дмитрівки 42 особи, у тому числі голову колгоспу П. Т. Ярмолу, депутата Верховної Ради УРСР О. К. Сливу, дружину і дітей голови колгоспу Г. П. Кісільова. 369 дмитрівців брали участь у Другій світовій війні, з них 194 нагороджені бойовими орденами і медалями (зокрема орденами Червоної Зірки, Великої Вітчизняної війни І і ІІ ступенів), 263 людини загинули. На вшанування їх пам'яті в селі споруджено обеліск Слави та пам'ятник Невідомому солдатові.
Людмила Павленко — член паралімпійської збірної України, майстер міжнародного класу з біатлону і лижних гонок, чотирикратна чемпіонка світу. Паралімпійська чемпіонка у Сочі 2014. У її колекції 1 золота, 4 срібних і 15 бронзових нагород Паралімпійських ігор у Турині 2006, Ванкувері 2010 та Сочі 2024 з біатлону та лижних перегонів.
