Канонизация Дмитрия Александровича совершилась включением его имени в Собор Владимирских святых, учреждённый в 1982 г. по инициативе Владимирского и Суздальского архиепископа Серапиона (Фадеева). Значительный цикл изображений Дмитрия Александровича известен в миниатюрах Лицевого летописного свода 1570 гг. XVI в. (первый Остермановский том). Здесь проиллюстрированы все основные события жизни великого князя: вокняжение в Новгороде, поход с князем Ярославом Ярославичем «под Юрьев немецкий», изгнание из Новгорода, приглашения новгородцев, война с немцами, поездка в Орду, поставление на Владимирское княжение, военные действия, моления, монашеский постриг перед кончиной и др. Соответственно Дмитрий Александрович представлен безбородым юношей в княжеских одеждах и шапке (в том числе в начале княжения во Владимире) или средовеком с небольшой бородой, на смертном одре – с нимбом. «Портрет» Дмитрия Александровича помещён в росписи Архангельского собора Московского Кремля, возобновлённой в 1652–1666 гг. по первоначальной программе 1564–1565 гг., в ряду надгробных портретов на западной стене – в схиме с островерхим куколем, князь указывает на медальон со своим поясным образом в княжеских одеждах. В обоих случаях он представлен средовеком с высоким лбом и небольшой округлой бородой; надпись: «Велики кнзь Димитрии Алексадровичъ». Исследователи не исключают, что изображением великого князя может являться и фигура на восточной грани северо-западного столпа с надписью: «Велики кнзь Димитрий». Образ Дмитрия Александровича был включён в некоторые композиции генеалогического древа русских великих князей, царей и императоров, в частности, в роспись 1689 г. в галерее Преображенского собора Новоспасского монастыря в Москве. Встречается на литографиях с этим сюжетом 1858 г. (в шапке с горностаевой опушкой), 1862 г. мастерской Ивана Александровича Голышева во Мстёре (Государственный литературный музей). Оплечный образ Дмитрия Александровича, вполоборота вправо, в княжеской шапке, с короткой вьющейся бородой, имеется, например, на гравюре «Великие князья и цари Российские» начала XIX в. (Исторический музей, Государственный литературный музей); аналогичное погрудное изображение со щитом – на холмогорском костяном рельефе последней трети XVIII в. (Егорьевский историко-художественный музей). Фигура великого князя, смотрящего влево, волосы и раздвоенная борода с проседью, в правой руке – скипетр (левой придерживает край плаща), помещена в росписи 1883 г. центрального свода парадных сеней Исторического музея в Москве (артель Фомы Гавриловича Торопова). По рисунку Бориса Артемьевича Чорикова выполнена литография Петра Иванова «Архиепископ Климент склоняет дарами великого князя Димитрия Александровича к миру с новгородцами, 1280 года», около 1836 г. («Живописный Карамзин, или Русская история в картинах». СПб., 1836–1844 гг.). Условные «портреты» Дмитрия Александровича использованы в качестве иллюстраций и в других изданиях.