Родился 17 февраля 1988 г. в Тюмени.
В 2009 г. окончил бакалавриат Тюменского государственного университета по специальности "экономика". В 2011 г. в том же вузе получил диплом магистра экономики, в 2012 г. - магистра юриспруденции. В 2013 г. также получил степень магистра бизнес-администрирования (МВА) в Сингапурском университете управления, в который был направлен в числе молодых специалистов ЯНАО.
Трудовую деятельность начинал в инвестиционных и банковских организациях. Работал экономистом в Западно-Сибирском коммерческом банке.
В 2007 г. в составе команды "Мастер-стоун" стал победителем конкурса "Путевка в бизнес", организованного администрацией Тюменской области с целью развития предпринимательских инициатив учащихся вузов. Впоследствии участники проекта образовали компанию ООО "Мастер-стоун". Дмитрий Артюхов стал ее генеральным директором.
С 2010 г. работал в аппарате губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа Дмитрия Кобылкина. В 2011-2016 гг. являлся помощником главы региона.
18 января 2016 г. был назначен заместителем губернатора ЯНАО. Курировал вопросы развития экономики и инвестиционного потенциала округа.
29 мая 2018 г. президент РФ Владимир Путин назначил Дмитрия Артюхова врио губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа (на этом посту сменил Дмитрия Кобылкина).
17 августа 2018 г. Дмитрий Артюхов вошел в число трех кандидатов, которых глава государства внес в заксобрание региона для избрания на должность руководителя ЯНАО (был выдвинут партией "Единая Россия").
9 сентября 2018 г. региональный парламент избрал Дмитрия Артюхова губернатором Ямало-Ненецкого АО. За него проголосовали 14 из 18 присутствующих на заседании депутатов. В тот же день он официально вступил в должность.
В настоящее время Дмитрий Артюхов является самым молодым среди действующих глав российских регионов.
24 августа 2023 г. президент РФ внес в окружной парламент три кандидатуры на пост главы ЯНАО, включая кандидатуру Дмитрия Артюхова (выдвинут "Единой Россией").
10 сентября 2023 г. депутаты Законодательного собрания Ямало-Ненецкого АО большинством голосов вновь избрали Дмитрия Артюхова губернатором округа. В тот же день он принял присягу.
Член президиума Государственного совета РФ. Председатель комиссии Госсовета по направлению "Молодежная политика" (с 15 ноября 2021 г.).
Входит в состав генерального совета партии "Единая Россия". Член президиума политсовета регионального отделения партии в Ямало-Ненецком автономном округе.