Родился 29 января 1970 г. в Москве в семье Юрия Федоровича Маликова (род. 1943) и Людмилы Михайловны Вьюнковой (род. 1945). Его отец - народный артист РФ, создатель и руководитель вокально-инструментального ансамбля (ВИА) "Самоцветы". Мать в прошлом была балериной. Сестра - Инна Маликова (род. 1977, заслуженная артистка РФ, руководитель и солистка музыкальной группы "Новые самоцветы").
В детстве Дмитрий Маликов посещал музыкальную школу и играл на фортепиано. С 1985 по 1989 г. занимался в Музыкальном училище при Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского. В 1994 г. с отличием окончил фортепианный факультет Московской консерватории. Выпускник класса педагога Валерия Кастельского.
С 14 лет Дмитрий Маликов выступал как клавишник в ВИА "Самоцветы". В 15 лет начал записывать собственные песни.
В 1986 г. в эфире передачи "Шире круг" (Первая программа Центрального телевидения) исполнил свою песню "Я пишу картину" на стихи Лилии Виноградовой. В следующем году вместе с солистом ВИА "Самоцветы" Олегом Слепцовым выступил в музыкальной программе "Утренняя почта" (Первая программа) с песней "Терем-теремок".
В 1988 г. Дмитрий Маликов получил широкую популярность после исполнения композиций "Лунный сон" (стихи Лилии Виноградовой), "Ты моей никогда не будешь" (стихи Давида Самойлова) и "До завтра" (стихи Александра Шаганова).
В 1990 г. певец выступил с первыми сольными концертами в московском спорткомплексе "Олимпийский". В 1993 г. вышел дебютный музыкальный альбом Дмитрия Маликова - "С тобой".
Среди наиболее известных песен артиста: "Все вернется", "Ты меня никогда не любила", "Сторона родная", "Нет, ты не для меня", "Выпью до дна", "Звезда моя далекая", "Ты одна, ты такая", "С чистого листа".
Дмитрий Маликов также известен в качестве автора инструментальных произведений. В 2007 г. он представил проект Pianomania - инструментальное шоу, в котором сочетаются традиции классической музыки, современные аранжировки и этнические мотивы.
В общей сложности Дмитрий Маликов выпустил более десяти студийных альбомов, в т. ч. инструментальных. Последний к настоящему времени - инструментальный Cafe Safari - вышел в 2015 г.
Исполнил роль пианиста Юрия Орехова в драме "Увидеть Париж и умереть" (1992, режиссер Александр Прошкин).
Автор музыки к телесериалу "И все-таки я люблю…" (2008, Сергей Гинзбург).
В 2012-2016 гг. Дмитрий Маликов был ведущим детской телепередачи "Спокойной ночи, малыши!".
Соучредитель, председатель правления благотворительного фонда "Проникая в сердце". Соучредитель корпорации развития "Геленджик-2035".
В 2018 г. являлся доверенным лицом кандидата на пост мэра Москвы Сергея Собянина.
Народный артист РФ (2010).
Награжден орденом Дружбы (2015).
Многократный обладатель российской музыкальной премии "Золотой граммофон".
Женат. Супруга - Елена Маликова (род. 1963). Дочь - Стефания (род. 2000, студентка Московского государственного института международных отношений). Сын - Марк (род. 2018).