Родился 20 октября 1954 г. в селе Верхнее Гурово Курской области.
В 1976 г. окончил Вольское высшее военное училище тыла, в 1984 г. - Военную академию тыла и транспорта (ныне - Военная академия материально-технического обеспечения им. А. В. Хрулева), в 1996 г. - Военную академию Генерального штаба Вооруженных сил РФ.
В 2002 г. в Санкт-Петербургском государственном университете экономики и финансов защитил диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук по теме "Исследования и условия формирования структур специальных территориальных образований".
Доктор экономических наук. В 2007 г. в Санкт-Петербургском государственном университете экономики и финансов защитил диссертацию на тему "Теория и методология организационного проектирования системы управления тылом силовых структур государства".
С 1976 г. служил в Вооруженных силах (ВС) СССР и РФ на должностях заместителя командира отдельного полка связи, бригады, дивизии по тылу; заместителя начальника тыла Забайкальского военного округа.
В 1996-1997 гг. был начальником штаба тыла – первым заместителем начальника тыла Московского военного округа (командующий округом – Леонтий Кузнецов).
С 1997 г. по 2008 г. - начальник штаба тыла - первый заместитель начальника тыла Вооруженных сил РФ (замминистра обороны - начальник тыла ВС РФ - Владимир Исаков).
С декабря 2008 г. по июль 2010 г. - начальник тыла Вооруженных сил РФ - заместитель министра обороны РФ Анатолия Сердюкова.
С 27 июля 2010 г. по 24 сентября 2022 г. - заместитель министра обороны РФ, курировал вопросы материально-технического обеспечения ВС РФ. Ведомство в этот период возглавляли Анатолий Сердюков, затем с 6 ноября 2012 г. – Сергей Шойгу.
26 июля 2024 г. Дмитрий Булгаков был задержан и арестован в Москве в рамках уголовного дела о коррупции. 7 августа Булгакову предъявили обвинение в мошенничестве в особо крупном размере (ч. 4 ст. 159 УК РФ). Оно связано с заключением контрактов на установку и настройку систем внутреннего и наружного освещения Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова (Санкт-Петербург). По версии следствия, к исполнению этого соглашения Булгаков привлек подконтрольное ему коммерческое предприятие, которое значительно завысило стоимость работ. Сумма ущерба по делу составляет порядка 50 млн руб. Фигурантами дела также стали однокурсник экс-замминистра Геннадий Селезнев и гендиректор компании "Нева-Балт СПб" Герман Яковлев. Булгаков вину не признал, заявив, что не имел отношения к контракту, который был заключен в момент, когда генерал был освобожден от должности замминистра.
Генерал армии (2011).
Герой РФ (2016).
Награжден орденами "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени, "За военные заслуги", Почета, Александра Невского (2014), "За заслуги перед Отечеством" IV степени.
Лауреат Государственной премии РФ им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова в области военной науки (2016).
Заслуженный военный специалист РФ.
Женат, имеет двух дочерей.