Родился 9 июля 1978 года в Астрахани. В 17 лет закончил Школу одаренных детей и поступил в ГИТИС на режиссерский факультет, в мастерскую Марка Захарова. После выпуска играл в проекте Доневана "Борис Годунов". Репетиции совпадали со съемками сериала "Баязет", поэтому от роли в нем пришлось отказаться. Через некоторое время молодого актера пригласили на съемки криминальной саги "Бригада", роль Космоса в одночасье сделала Дмитрия Дюжева знаменитым на всю страну. С тех пор много снимается в кино и играет в театре. 14 февраля 2008 года женился на Татьяне Зайцевой, сотруднице крупной нефтяной компании; 8 августа 2008 года у них родился сын Иван.