Demetrios Angelos Doukas Palaiologos (griego: Δημήτριος Ἄγγελος Δγολος Δαλαιολόγος; 1297-después de 1343) era un hijo del emperador bizantino Andrónico II Paleólogo (que reinó entre 1282 y 1328) y su segunda esposa, Irene de Montferrato.
En la guerra civil bizantina de 1321-1328, Demetrio se puso del lado de su padre contra su sobrino, Andrónico III Paleólogo.
Fue acusado de conspirar contra su sobrino en 1336/37, pero Andronico III retiró los cargos.
La identidad de su esposa no está establecida, pero posiblemente ella era Teodora Comneno.
Por ella tenía una hija, la futura emperatriz Irene, y al menos otro niño, sin nombre.