Работал в театре «Время», был ведущим на радио «Модерн», вел шоу в дансинг-холле «Континент» в Санкт-Петербурге. Делал телепроекты для каналов СТС, ТНТ и «Перец»: «Осторожно, модерн!», «Полный модерн!», «Осторожно, модерн! 2», ток-шоу «Однажды вечером» (все — в дуэте с коллегой по радио «Модерн» Сергеем Ростом), «Осторожно, Задов!» и «Zадов in Rеалити», а также «Телекомпакт», «Бремя денег», ток-шоу «Окна», финальное шоу проекта «Дом», «Мама в законе». С 2005 года — лицо Первого канала, ведущий шоу «Большие гонки» (2005-2014 гг.), «Голос» (с 2012 г.), «Голос. Дети» (с 2014 г) и «Голос. 60+» (с 2018 г.). С 2012 по 2016 год — постоянный ведущий ежегодной церемонии вручения музыкальной премии «Золотой граммофон».

Первую главную роль в полном метре исполнил в фильме Александра Невзорова «Чистилище» (1997), сыграв чеченского полевого командира Дукуза Исрапилова. Снялся в фильмах «Русский спецназ (2002), «Нулевой километр» (2007), «Последний вагон» (2009), «Мужчина с гарантией» (2012), «Курьер из «Рая»» (2013), «Самый лучший день» (2015), «Ёлки новые» (2017), «Непрощенный» (2018), «Ёлки Последние» (2018), «Бабушка лёгкого поведения 2. Престарелые мстители» (2019), «Гудбай, Америка» (2020), «Спасите Колю» (2020), «Прабабушка легкого поведения. Начало» (2021), «БУМЕРанг» (2021), «Папы» (2022).

Также снимался в сериалах «Каменская» (1999), «Убойная сила» (2000), «Крот» (2001), «Бальзаковский возраст, или Все мужики сво…» (2004), «Мастер и Маргарита» (2005), «Охота на изюбря» (2005), «Сонька Золотая Ручка» (2007), «Катя: Военная история» (2009), «Город соблазнов» (2009), «Маяковский. Два дня» (2011), «Возвращение мушкетёров, или Сокровища кардинала Мазарини» (2012), «Кухня» (2012), «Два отца и два сына» (2013), «Физрук» (2014), «Нагиев на карантине» (2020), «Чикатило» (2020–2022) и др.

В настоящее время к выходу готовится комедия 12 СТУЛЬЕВ, в которой Дмитрий исполняет роль Остапа Бендера.