Родился 26 марта 1956 г. в Москве в семье врачей.
В 1978 г. окончил Московский финансовый институт (ныне - Финансовый университет при Правительстве РФ) по специальности "международные экономические отношения". В 1985 г. - заочную аспирантуру при Всесоюзном заочном финансово-экономическом институте (с 2011 г. институт входит в состав Финансового университета при Правительстве РФ).
Кандидат экономических наук. В 1985 г. защитил диссертацию по теме: "Совершенствование страхования валютных рисков в СССР".
После окончания вуза работал в Государственном банке (Госбанке) СССР. С 1978 г. по 1988 г. - старший экономист, ведущий консультант, ведущий эксперт Госбанка СССР. В 1988-1990 гг. ведущий эксперт, руководитель отдела валютно-экономического управления, в 1990-1991 гг. - замглавы валютно-экономического управления, затем руководитель управления ценных бумаг, член правления Госбанка СССР.
20 декабря 1991 г. Госбанк СССР был упразднен, все его активы и имущество на территории РСФСР были переданы Центральному банку РСФСР. Несколько месяцев спустя банк стал называться Центральным банком Российской Федерации (Центробанком РФ).
С 1991 г. по 1994 г. Дмитрий Тулин занимал должность заместителя председателя Центробанка РФ, курировал операции на рынках ценных бумаг и валютные операции.
В 1994-1996 гг. – исполнительный директор от России в Международном валютном фонде (МВФ).
В 1996-1999 гг. - председатель правления Внешторгбанка (ныне - Банк ВТБ).
В 1996 г. вошел в консультативный Совет по банковской деятельности при Правительстве РФ.
В 1999-2004 гг. занимал должность старшего советника Европейского банка реконструкции и развития (ЕБРР).
С 2004 по 2006 гг. - заместитель председателя Центрального банка РФ (во второй раз), курировал направление надзора за банками.
В 2006-2012 гг. являлся партнером международной аудиторской и консалтинговой фирмы "Делойт и Туш СНГ" (Deloitte & Touche CIS).
В 2012 г. стал профессором Российской академии предпринимательства.
С 21 января 2015 г. по 10 октября 2018 г. – первый заместитель председателя Центробанка РФ, курировал вопросы денежно-кредитной политики.
С 2012 г. член Совета директоров АО "Казкоммерцбанк" (Казахстан).
С 2013 г. входит в наблюдательные советы "Сбербанка России", акционерного коммерческого банка "Национальный Клиринговый Центр". С 2014 г. член Совета директоров ОАО "Небанковская депозитно-кредитная организация "Агентство кредитных гарантий".
По данным декларации, в 2015 г. заработал 18 млн 774 тыс. руб.
Автор книги "Сила денег: очерки по вопросам денежного обращения, кредита и банковского дела" (2012).
Владеет английским и французским языками.
Женат, имеет двух сыновей.