Дмитриевская башня по своему положению занимает ведущее место в Нижегородском кремле и главенствующее на его нагорном участке. Она расположена в центре нагорного участка и выходит фасадом на расширенную в виде полукруга часть площади Минина и Пожарского.
Смомента постройки башня с примыкавшим к ней предмостным укреплением играла роль главного входа в Нижегородский кремль и центрального узла обороны нагорного участка. Ведущую роль Дмитриевской башни хорошо подчеркивается исторически сложившаяся и существующая ныне радиально-концентрическая планировка города - от входа в башню расходятся лучами в разные стороны улицы Большая покровская, Алексеевская, Варварская и Ульянова.
Свое название Дмитриевская башня получила в память о великом князе Дмитрии Константиновиче, с именем которого связана попытка создания Нижегородского белокаменного кремля XIV столетия. Нижегородский летописец сообщает о ее строительстве под 1374 годом. Однако исследования показали, что никаких участков кладки XIV века в башне не сохранилось. Некоторые документальные источники сообщают, что башня была заложена 1 сентября 1509 года и с неё началось строительство Нижегородского кремля.
От XVI столетия о Дмитриевской башне сохранилось только одно известие: в июле 1540 года "в Нижнем Новгороде была гроза великая... от сего на Дмитриевских воротах кровля сгорела".
В XVII веке башня имела значительное вооружение, превосходившее по численности вооружение остальных башен нагорной части. В 1621 г. на ней находились 5 медных пищалей, стрелявших ядрами весом от 0.6 до 1.2 кг. При них состояли 8 пушкарей. В 1663 г. на вооружении башни числилось 63 крепостных ружья и 7 пищалей, из которых самая крупная могла вести огонь ядрами весом 1.4 кг.
Артиллерийское вооружение башни существовало до 1705 г., в конце XVIII веке и начале XIX века в башне размещалась гарнизонная школа, с 1857 по 1867 г. - архив губернского правления и с 1896 по 1919 г. - художественно-исторический музей. В советские годы здесь долгое время находился цех декораций тетра оперы и балета.
В первоначальном виде Дмитриевская башня походила по своему очертанию на современную Никольскую башню. Ведущее положение её в нагорной части кремля зрительно подчеркивалось комплексом предмостного укрепления. В результате сноса предмостного укрепления (1782-83 гг.) и засыпки рва (1830-е гг.) башня не только утратила ведущее положение, но и получила искаженные пропорции, потеряв в высоте до 5 м.
В 1894-96 гг. Дмитриевская башня подверглась реконструкции в ходе переоборудования её под художественно-исторический музей. Автор проекта реконструкции и руководитель работ архитектор Султанов исходил при этом из двух задач: вернуть башне ведущее положение в Нижегородском кремле и сделать её пригодной для размещения музея. Решение первой задачи было достигнуто надстройкой верхней части башни, образцом для которой послужила Покровская башня Новгородского кремля. Вторая задача была выполнена посредством создания "фонаря" - верхнего света, необходимого для освещения экспонатов музея.
В результате реконструции башня резко выделилась по облику от остальных башен кремля и получила ряд элементов, не свойственных Нижегородскому кремлю (расширенная верхняя часть, наклонные бойницы - машикули). С научной точки зрения проведенная реставрация башни не может быть оценена полодительна. Но недостатки реставрации полностью искупаются умелым выбором общего силуэта башни, дчеркивающего её ведущее положение в нагорной части кремля. Поэтому не случайно Дмитриевская башня часто используется художниками в качестве одной из эмблем города Нижнего Новгорода.
В ходе реставрационных работ 1951 г. деревянные конструкции кровли башни были заменены металическими. Обновляли их и после пожара в 1963 г.
На шпиле кровли башни в 1965 г. установлен позолоченный герб города Нижнего Новгорода - шагающий олень.
Высота герба - более двух метров, а общая высота башни с кровлей 33 м.
Примыкаюшее к башне прясло в сторону Кладовой башни имеет длину 137 м. Его реставрировали с наружной стороны в 1953 г., с внутренней - в 1965 г. В прясле существуют проломные ворота, пробитые в конце XVIII века, - ранее их не существовало. высота прясла меньше первоначальной на 3-3.5 м из-за позднейшей подсыпки грунта.