Dimitroff var en quarterback og defensive back som ble utnevnt All-Mid-American Conference to ganger i løpet av sin tid på Miami University i Oxford i Ohio. Han hadde 1 096 pasningsyards og 11 touchdowns og løp for 542 yards. Som kicker scoret han 22 ekstrapoeng og hadde i snitt 36,2 yards per punt. Han spilte på to lag som vant MAC-tittelen under Ara Parseghian og John Pont. Han ble valgt av Cleveland Browns i 25. runde av NFLs draft i 1957, men valgte å signere med Ottawa Rough Riders i Interprovincial Rugby Football Union. Den 23. august 1958 stilte Dimitroff til start i den første seriekampen i Canadian Football League. I mai 1959 ble Dimitroff, Larry Hayes, Jim Marshall, Frank Fraser og Karl Hilzinger byttet til Saskatchewan Roughriders mot quarterback Frank Tripucka. Dimitroff valgte å pensjonere seg ikke lenge etter byttehandelen, og spilte aldri en kamp for Saskatchewan.