Родился в деревне Лыкшино, ныне Гороховецкого района Владимирской области, в семье крестьянина. До призыва в Красную Армию в 1943 году, работал в колхозе. Участник Великой Отечественной войны с апреля 1944 года. 
Командир роты (1077-й Краснознаменный стрелковый полк, 316-я Темрюкская Краснознаменная стрелковая дивизия, 46-я армия, 2-й Украинский фронт) лейтенант Дементьев отличился в боях за освобождении Венгрии. В ночь с 4 на 5 декабря 1944 года рота Дементьева, несмотря на массированный вражеский огонь, без потерь переправилась через Дунай в районе населённого пункта Тёкель в 12 км к югу от Будапешта, достигла траншей противника и ворвалась в них. Немецкие войска неоднократно предпринимали контратаки, которые были отбиты.

Звание Героя Советского Союза присвоено 24 марта 1945 года.

С марта 1946 года капитан Дементьев - в запасе. Жил в деревне Тимирязево, работал военруком в средней школе. В 1952 году был принят на военную службу в органы МВД, где командовал строительным взводом и ротой. После окончания службы в МВД работал начальником стеклодувного цеха в промысловой артели «Детская игрушка» в Горьком. Позднее работал осмотрщиком вагонов Горьковской железной дороги, вагонным мастером. 
Почётный железнодорожник (1977).
Жил и умер в Нижнем Новгороде, похоронен на кладбище деревни Тимирязево Гороховецкого района Владимирской области.
Награды: орден Ленина (24.03.1945); два ордена Отечественной войны 1-й степени (в т.ч. 11.03.1985); три ордена Красной Звезды (в т.ч. 16.08.1944; 14.12.1944); орден Трудовой Славы 3-й степени (1976).

Память: в Нижнем Новгороде на доме, где жил Герой, установлена памятная доска.