Studii liceale şi universitare (Facultatea de Știinţe) la Bucureşti; în 1915 şi-a susţinut teza Asupra unei metode de calcul pentru prezicerea eclipselor de Soare, devenind doctor în matematici aplicate (astronomie). Şi-a făcut specializarea la Observatorul Astronomic din Paris (1908–1912), unde a desfăşurat o activitate intensă pentru formarea sa în câteva domenii: fotometria stelelor variabile, poziţii fotografice de mici planete şi comete, fizică solară, seismologie, precizează Academia Română Filiala Cluj-Napoca.
Tot la Paris a elaborat o metodă originală pentru studiul unui obiectiv. A fost astronom la Observatorul Astronomic din Bucureşti (1912–1923); în 1923 s-a transferat la Cluj, fiind profesor la Universitate și director al Observatorului Astronomic; prim-astronom şi vicedirector al Observatorului Astronomic din Bucureşti (1928–1943), director al Observatorului Astronomic din Bucureşti (1943–1963). În anii Războiului pentru Reîntregire Naţională (1916–1918), din însărcinarea Misiunii militare franceze, a organizat, pentru nevoile armatei, un serviciu meteorologic; pe frontul din Moldova a creat staţii aerologice, iar la Iaşi o staţie centrală, unde se redactau buletinele zilnice de meteorologie şi aerologie, difuzate apoi unităţilor militare.
A stabilit metode de determinare a calităţii instrumentelor astronomice, a elementelor unei eclipse, a hipocentrului unui cutremur etc. A studiat mişcarea cometei Halley; a descoperit mai multe stele variabile, cărora le-a stabilit curba de lumină; a studiat protuberanţele şi coroana inferioară a Soarelui cu ocazia eclipsei totale din 17 apr. 1912 etc. A participat nemijlocit la instalarea şi reglarea lunetei Gautier-Prin la Observatorul din Bucureşti (1924–1926).
A realizat cel dintâi catalog stelar, care cuprinde 212 de stele variabile. Lui i se datorează descoperirea asteroidului nr. 1 188, denumit ulterior Terentia (1915), ca şi contribuţii substanţiale la întocmirea catalogului de stele slabe (1954). În 1935 a creat, la Observatorul Astronomic din Bucureşti, o secţie seismologică. Totodată, din iniţiativa sa, s-a înfiinţat pe tot teritoriul României prima reţea de staţii seismice la Focşani şi Bacău (1942), Câmpulung-Argeş (1943), Iaşi (1951), Vrâncioaia (1952).
A stabilit fundamentele existenţei focarelor seismice de mare adâncime şi a atribuit focarului seismic din Vrancea profunzimea de 150 km. Studiile sale asupra cutremurelor de pământ din zona Vrancea au condus la evaluarea grosimii scoarţei terestre în regiunea României, la descoperirea de focare seismice superficiale, introducând noţiunea de „unde seismice secundare Demetrescu”.
Rezultatele cercetărilor se găsesc prezentate în lucrări, precum: Détermination provisoire de la latitude de l’Observatoire de Bucarest (1914); Observations de l’éclipse de Soleil du 21 août 1914. Diamètre et position de la Lune (1914); Sur une méthode de calcul des éclipses de Soleil (1914); Instrucţiuni practice de meteorologie. Table pentru reducerea observaţiilor (1917); Étude d’un objectif astrophotographique par la méthode des images extraphocales (1923); Distanţele cereşti şi structura Universului (1924, în colab.); Curs de astronomie (litografiat) (1933); Organizarea unui serviciu seismologic în România (1934); Sur les ondes séismiques (1937); Le tremblement de terre des Monts de Vrancea du 1er novembre 1929 (1939); Étude d’un objectif photographique de l’équatorial de la Carte de Ciel de l’Observatoire de Paris (1940); În jurul cutremurului de la 10 noiembrie 1940 (1941); Complemente de astronomie (1950); Elemente de dinamică stelară (1967, în colab.); Galaxii în Univers (1967, în colab.) ş.a. Preşedinte al Comitetului Naţional Român de Geodezie şi Geofizică şi al Consiliului Naţional Român de Astronomie. „Profesor Emerit” (1962).
