Родился 20 декабря 1967 г. в Москве. Его отцом был Лев Иосифович Зильбертруд (1927-1987), по профессии врач-оториноларинголог. Мать, Наталья Иосифовна Быкова (1937-2021), - учитель русского языка и литературы. Вскоре после рождения Дмитрия Быкова родители развелись, его воспитывала мать.
В 1991 г. окончил факультет журналистики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, специализировался по кафедре литературной критики.
В 1985 г., будучи студентом, начал работать корреспондентом в еженедельнике "Собеседник" (на тот момент – приложение к газете "Комсомольская правда").
С 1987 по 1989 г. проходил срочную службу в Вооруженных силах СССР.
С 1987 г. являлся членом Коммунистической партии Советского Союза.
В 1989-1992 гг. Дмитрий Быков входил в поэтическое объединение "Орден куртуазных маньеристов" вместе с Вадимом Степанцовым, Александром Бардодымом, Константином Григорьевым, Андреем Добрыниным и Виктором Пеленягрэ. Стихи Быкова были опубликованы в нескольких поэтических сборниках объединения.
В 1991 г. был принят в Союз писателей СССР.
После демобилизации из армии вернулся на работу в еженедельник "Собеседник", с 1996 г. возглавлял в этом издании отдел публицистики. Позднее был заместителем главного редактора, затем занимал должность креативного директора "Собеседника" (главный редактор с 1989 г. – Юрий Пилипенко).
В 1990-х гг. печатался, по его собственным словам, "почти во всех московских еженедельниках и нескольких ежедневных газетах", в частности в "Вечернем клубе", "Столице", "Общей газете", "Семи днях", "Новой газете", "Фасе", "Профиле". С 1993 г. Быков публиковался в журнале "Огонек", в 1997 г. стал его обозревателем. Под псевдонимами Мэтью Булл и Элия Миллер написал несколько беллетризованных пересказов американских популярных фильмов "9 1/2 недель", "Дикая орхидея", "Дикая орхидея-2" и др.
В 1992 г. был опубликован первый сборник стихотворений Дмитрия Быкова "Декларация независимости", в последующие годы вышли поэтические сборники "Послание к юноше" (1994), "Военный переворот" (1996), "Отсрочка" (2000), "Последнее время" (2007), "Гражданин поэт (2012), "Если нет: новые стихи" (2017) .
В 1995 г. Дмитрий Быков вместе с журналистом Александром Никоновым выпустил первоапрельское приложение к "Собеседнику" под названием "Мать", во всех материалах которого содержалась нецензурная лексика. 26 апреля того же года оба журналиста были взяты под стражу, им было предъявлено обвинение по ч. 2 ст. 206 Уголовного кодекса РСФСР ("Злостное хулиганство"). 28 апреля, после протестов журналистского сообщества, они были освобождены под подписку о невыезде. В марте 1997 г. Тверской суд Москвы прекратил уголовное дело за отсутствием состава преступления.
С 1998 г. Дмитрий Быков преподавал в московской школе №1214, где работала его мать.
С 2000 по 2008 г. журналист являлся одним из ведущих программы "Времечко" на телеканале ТВЦ (производство компании "АТВ" Анатолия Малкина и Киры Прошутинской). В 2000 г. также вел на канале собственную еженедельную публицистическую программу "Хорошо, БЫков".
В 2001 г. был издан первый роман Быкова "Оправдание". Позднее вышли романы "Орфография" (2003), "Эвакуатор" (2005), "ЖД" (2006), "Остромов, или Ученик чародея" (2010), "Икс" (2012), "Июнь" (2017).
С декабря 2002 г. по июнь 2003 г. - заместитель главного редактора газеты "Консерватор" (владелец и главный редактор - Вячеслав Лейбман).
В 2003-2004 гг. Дмитрий Быков занимал должность редактора отдела "Культура", с мая 2004 г. - отдела "Общество" журнала "Огонек".
С 2003 по 2006 г. вел мастер-класс "Журналистское мастерство" в Институте журналистики и литературного творчества.
В 2005-2006 гг. - ведущий вечерней программы на радиостанции "Юность", в 2006-2012 гг. вел передачу "Сити шоу с Дмитрием Быковым" на радио "Сити-FM".
В 2006-2008 гг. - главный редактор глянцевого журнала Moulin Rouge. С апреля 2007 г. по 2009 г. также являлся обозревателем журнала "Русская жизнь" (издатель – член центрального совета "Справедливой России" Николай Левичев, главный редактор – Дмитрий Ольшанский).
В 2006 г. в серии "Жизнь замечательных людей" в издательстве "Молодая гвардия" была опубликована книга Дмитрия Быкова "Борис Пастернак". В 2009 г. в той же серии вышла написанная Быковым биография Булата Окуджавы.
С 2007 г. преподавал литературу в школе "Интеллектуал", с 2009 г. - в частной школе "Золотое сечение".
В 2008 г. выступил в качестве соавтора сценария скандального документального фильма Виталия Манского (в 2023 г. признан в РФ иноагентом) "Девственность".
В 2009 г. работал ведущим программы "Рожденные в СССР" на телеканале "Ностальгия", с 2011 г. на том же канале вел программу "Колба времени".
С марта 2010 г. по январь 2011 г. на Пятом канале вел ток-шоу "Картина маслом".
В феврале 2011 г. на телеканале "Дождь" начала выходить еженедельная программа "Поэт и гражданин" в рамках которой актер Михаил Ефремов читал стихи Дмитрия Быкова в жанре политической сатиры (автор идеи, продюсер и режиссер – бывший главный редактор "Коммерсанта" Андрей Васильев). С марта 2011 г. проект под названием "Гражданин поэт" стал выходить в эфире радиостанции "Эхо Москвы" (до 2012 г.) и онлайн (до 2013 г.), а с 2013 г. вновь в эфире "Дождя" (передача "Господин хороший"). Кроме того, участники проекта стали выступать с гастролями и живыми концертами в различных городах России.
В августе 2011 г. Дмитрий Быков вместе Борисом Немцовым, Евгенией Чириковой, Виктором Шендеровичем (в 2021 г. признан в РФ иноагентом), Ольгой Романовой (в 2023 г. признана в РФ иноагентом) и др. принял участие в движении "Нах-нах: голосуй против всех", призывавшем к бойкоту декабрьских выборов в Госдуму VI созыва. Символом движения по предложению Быкова был выбран виртуальный персонаж - поросенок Нах-Нах.
10 декабря 2011 г. Быков выступал на митинге оппозиции, который проходил на Болотной площади в Москве (манифестация была организована рядом политических сил, обвинявших власти в фальсификации итогов парламентских выборов 4 декабря 2011 г.). Вошел в оргкомитет последующих манифестаций оппозиции, в частности митинга на проспекте Академика Сахарова 24 декабря 2011 г.
В январе 2012 г. стал одним из соучредителей Лиги избирателей вместе с журналистами Сергеем Пархоменко (в 2022 г. признан в РФ иноагентом), Леонидом Парфеновым, литератором Григорием Чхартишвили (Борисом Акуниным; в 2023 г. включен в реестр террористов и экстремистов Росфинмониторинга, в 2024 г. добавлен Минюстом РФ в реестр иноагентов), музыкантом Юрием Шевчуком, телеведущей Татьяной Лазаревой (в 2022 г. признана в РФ иноагентом) и др. Целью объединения было заявлено "обеспечение прозрачности" выборов президента РФ 4 марта 2012 г. и предание "широкой гласности" нарушениям при их проведении. 7 марта на пресс-конференции в агентстве Интерфакс учредители Лиги заявили о массовых нарушениях в ходе голосования и не признании итогов выборов главы государства.
16 января 2012 г. в статье "Программа Путина", опубликованной в журнале "Профиль", написал: "Российское население неэффективно. Надо дать ему возможность спокойно спиться или вымереть от старости, пичкая соответствующими зрелищами".
В октябре 2012 г. Дмитрий Быков был избран по общегражданскому списку в Координационный совет российской оппозиции (всего в его состав входили 45 человек). Совет прекратил свою деятельность в октябре 2013 г.
В 2012-2013 гг. - соведущий радиопрограммы "Новости в классике" на радиостанции "Коммерсант FM".
С 2012 г. являлся членом Совета по внешней и оборонной политике (председатель – Федор Лукьянов).
В 2012-2014 гг. также входил в состав Общественного совета при Министерстве образования и науки РФ.
В 2013-2014 гг. - профессор кафедры мировой литературы и культуры МГИМО МИД России.
24 апреля 2014 г. принимал участие в конгрессе "Украина - Россия: диалог" (инициатор проведения – Михаил Ходорковский, в 2022 г. признанный в РФ иноагентом), участники которого заявили о поддержке "территориальной целостности Украины в ее конституционных границах" и ее "европейского выбора". 28 апреля в интервью радиостанции "Свобода" заявил, что "не поддерживает аннексию Крыма".
В 2015-2017 гг. на телеканале "Дождь" выступал с программой "Сто лекций с Дмитрием Быковым" .
С 2015 г. вел передачу "Один" на радиостанции "Эхо Москвы".
В декабре 2016 г. Дмитрий Быков выступил в поддержку осужденного в России украинского националиста Олега Сенцова, посвятив ему стихотворение, опубликованное в "Новой газете" (в августе 2015 г. Сенцов был приговорен к 20 годам лишения свободы за совершенные им в 2014 г. теракты в Крыму - прим. ТАСС-ДОСЬЕ).
10 февраля 2017 г. в своей передаче на "Эхо Москвы" Быков заявил, что "все хорошее, что могло быть сделано в российской истории, могло или не было сделано, все надежды, все иллюзии были крест-накрест перечеркнуты <…> Крымом…".
8 ноября 2017 г. он выступил в Совете Федерации РФ с докладом "Российское образование в XXI веке: назревшие перемены и возможные вызовы".
В январе 2018 г. принял участие в президентской избирательной кампании Ксении Собчак, прочитав лекцию "Ксения Собчак как героиня русской литературы".
В феврале 2021 г. опубликовал в журнале "Русский пионер" статью, в которой изложил собственную антропологическую теорию. По мнению Быкова, "разница между условными модернистами и условными архаистами - не политическая и даже не идеологическая, а антропологическая". По его словам, "существуют разные породы людей, как и разные породы собак <...>, человек выбирает Путина или Навального не в силу воспитания или опыта, а в силу своей антропологии".
Осенью 2021 г. переехал в США по приглашению одного из местных университетов, где стал читать лекции. Осудил проведение специальной военной операции на Украине и решил не возвращаться в Россию до изменения в ней политической системы. В ряде интервью рассказал, что не планирует более писать на русском языке и переходит на английский.
29 июля 2022 г. Министерство юстиции РФ внесло Дмитрия Быкова в реестр СМИ - "иностранных агентов".
В декабре 2022 г. в интервью журналисту Павлу Каныгину (в 2023 г. признан в РФ иноагентом) Быков сказал, что "Россия сейчас занята геноцидом украинского народа" и все население России будет платить за это "до седьмого колена". Он также сообщил, что пишет биографическую книгу об украинском президенте Владимире Зеленском, которого охарактеризовал как "героя, у которого выбор один – свобода или смерть" и "орудие судьбы, гораздо большее, чем просто человек" (книга под названием "VZ. Портрет на фоне нации" вышла в сентябре 2023 г.).
В 2023 г. Быков совместно с Андреем Орловым (Орлушей) написал текст к видеоролику про полководца Александра Суворова в серии "Великие русские злодеи", подготовленной журналистом Михаилом Зыгарем (в 2022 г. признан в РФ иноагентом).
Член Союза российских писателей.
Дважды был лауреатом литературной премии "Национальный бестселлер": в 2006 г. за книгу "Борис Пастернак" в серии "ЖЗЛ", в 2011 г. за роман "Остромов, или Ученик чародея". Кроме того, в 2006 г. за биографию Бориса Пастернака получил премию "Большая книга". Является обладателем журналистской премии "Золотое перо России" за 2010 г.