Sergije Dimitrijević wird am 19. März 1912 in Pirot (Serbien) geboren. Als Student an der Juristischen Fakultät der Universität in Belgrad wird er 1933 Mitglied der illegalen Kommunistischen Partei Jugoslawiens. 1934 Abschluss des Jura-Studiums. 1935 Mitwirkung im Komitee der Jugoslawen in der französischen KP, dabei auch Tätigkeit in Belgien. Seit September 1936 bis Mitte 1937 wirbt er in Frankreich jugoslawische Freiwillige für die republikanische Seite im Spanischen Bürgerkrieg.
Am 23. Oktober 1939 wird Sergije Dimitrijević in Paris verhaftet und bis 1944, seiner Einlieferung in das KZ Buchenwald, in verschiedenen französischen Lagern gefangen gehalten.
Nach der Befreiung wird Sergije Dimitrijević wegen TBC im Krankenhaus Blankenhain behandelt, danach kehrt er nach Jugoslawien zurück. Die Krankheit bestimmt bis in die fünfziger Jahre sein Leben. 1946 ist er Dozent an der Juristischen Fakultät der Universität in Belgrad und zugleich Direktor des Ökonomischen Instituts bei der Regierung der Föderativen Volksrepublik Jugoslawien. Von 1954-1965 arbeitet er im Historischen Institut der Serbischen Akademie der Wissenschaften und Künste, danach bis zu seiner Pensionierung am Institut für Zeitgeschichte in Belgrad.
Sein publizistisches Werk umfasst vor allem Arbeiten zur Geschichte der Arbeiterbewegung in Serbien, besonders in Leskovac, Fragen der Numismatik im mittelalterlichen Serbien und Bosnien sowie wirtschaftshistorische Probleme der jugoslawischen Geschichte in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts.
1987 stirbt Sergije Dimitrijević in Belgrad. Er hinterlässt eine einzigartige Sammlung mittelalterlicher Geldstücke aus Serbien und Bosnien (heute im Besitz der Serbischen Akademie der Wissenschaften) und eine Sammlung historischer Fotografien Belgrads.
