Демис Руссос родился 15 июня 1946 года в Египте, в Александрии, в семье выходцев из Греции с богатыми музыкальными традициями — его мать была певицей, а отец играл на классической гитаре. Во время учебы в музыкальной школе Демис освоил игру на гитаре, трубе, контрабасе и органе. В середине 50-х годов семья переехала в Грецию.
В 1963 году Демис Руссос вместе с Вангелисом и Лукасом Сидерасом создали группу Aphrodite's Child. В 1968 году, после военного переворота в Греции, группа перебралась в Париж, где добилась успеха благодаря песне Rain & Tears.
В 1971 году Демис Руссос покинул группу и начал сольную карьеру и в 1974 году к нему пришёл успех с альбомом Forever & Ever. Сингл с песней Happy То Be On An Island In The Sun поднялся до пятого места в британском хит-параде, однако невысокие позиции песни Can’t Say How Much I Love You и альбома Souvenirs извещали о спаде популярности. Но настойчивый певец триумфально вернулся на вершину британского Тор 20 с авторским макси-синглом The Demis Roussos Phenomenon. В том же году песня When Forever Has Gone достигла второго места. Значительно меньше повезло очередному макси-синглу Kyrila, который едва добрался до сорокового места.
Спад популярности записей контрастирует с концертными выступлениями Руссоса, где он умело использует свой необычный тенор. Однако отдавая предпочтение сценическому оформлению своего костюмированного шоу, Демис Руссос заводит зрителей ещё до того, как начинает петь.
Демис Руссос имеет двух детей — дочь Эмилию и сына Сирила. Женат трижды. У него есть дом в Нейи, однако большую часть года он живёт в Греции
Демис Руссос участвовал в записи саундтреков к фильмам «Огненные колесницы» и «Бегущий по лезвию».