Desarrolló casi toda su carrera profesional en México, y se nacionalizó en 1970, tras de un incidente en la frontera guatemalteca mientras acompañaba al presidente mexicano Gustavo Díaz Ordaz.
A los nueve años de edad partió al exilio con su familia hacia México, donde forjó un intenso vínculo con la cinematografía.
En 1954 se inicia en el cine mexicano al lado de su hermano Ángel y más adelante se asocia con Agustín Barrios Gómez y funda la empresa Producciones Barrios Gómez Bilbatúa.
Director de fotografía, documentalista, director y productor, Demetrio Bilbatúa participó en muy diversos proyectos audiovisuales, muchas veces al servicio del gobierno mexicano.
Su bagaje cinematográfico es inmenso, con más de 1000 documentales filmados en 35 mm.