Estudió el bachillerato en el Instituto Patria (1949-1951); leyes, en la Facultad de Derecho, de la Universidad Nacional Autónoma de México (1951-1954) y antropología, en la Escuela Nacional de Antropología e Historia (1955- 1958). Asistió también a cursos de idiomas en el Instituto Francés de América Latina y realizó estudios de posgrado en las Universidades de Chicago, Harvard y Tulane, en los Estados Unidos. Fue becario de la Fundación Guggenheim para el estudio de documentos coloniales. Dio clases en diversas instituciones educativas, públicas y privadas, como la Universidad Iberoamericana (1952-1960). Fue secretario del Centro de Investigaciones Antropológicas de México (1960-1961), secretario general (1960-1973) y director interino (enero a junio de 1971). También fue consultor técnico (1979-1981) del Instituto Indigenista Interamericano. Participó en la organización y realización de diversos eventos académicos, como el xxiv Congreso Internacional de Americanistas, celebrado en México en 1962, que estuvo a su cargo. Fue coeditor de las revistas América Indígena (1960-1973), Boletín Indigenista (1960-1962), Anuario Indigenista (1962-1972) y, junto con Miguel León-Portilla, dirigió la serie El Legado de la América Indígena de la editorial Joaquín Mortiz. Perteneció a la Sociedad Mexicana de Antropología, a la Academia Mexicana de Historia y Filosofía de la Medicina y a la Sociedad Folklórica de México, entre otras. Como reconocimiento, recibió la Orden de Río Branco, de Brasil. Al morir, su biblioteca pasó al Centro de Estudios Mayas, del Instituto de Investigaciones Filológicas.

Demetrio Sodi Morales se dedicó principalmente a sus tareas como antropólogo, especialmente del área maya, sobre la que escribió cerca de medio centenar de trabajos y reseñas para revistas especializadas. Sin embargo, su atención se centró preferentemente en la divulgación: muestra de esto fueron las diversas excursiones que realizara con fines didácticos, así como sus libros. En este campo, destaca La literatura de los mayas, primera antología dedicada a este grupo lingüístico, donde reúne textos provenientes de Yucatán, Chiapas y Guatemala. Algunos de sus trabajos fueron traducidos al inglés y al francés con la intención de fomentar el conocimiento de las culturas prehispánicas en el extranjero, a la vez que podían servir como guías turísticas.