Дмитрий Дохтуров родился в 1759 году, происходил из дворян Тульской губернии. Образование он получил в Пажеском корпусе, престижном военно-учебном заведении в Санкт-Петербурге. В 1781 году он выпустился поручиком в Лейб-гвардии Преображенский полк.

Дохтуров участвовал в русско-шведской войне 1789–1790 годов, в ходе которой был дважды ранен. В 1797 году его произвели в генерал-майоры, а в через два года — в генерал-лейтенанты. С 1803 года он стал шефом Московского пехотного полка и инспектором пехоты Киевской инспекции.

В войнах с Францией 1805–1806 годов генерал принимал участие в сражениях под Кремсом и Аустерлицем, при Голымине. В 1807 году в крупнейшем сражении войны четвертой коалиции при Прейсиш-Эйлау Дохтурова сильно контузило в правую ногу, но он не покинул поля боя, и за отличие был награжден золотой шпагой с алмазами с надписью «За храбрость». Также сражался в битвах под Гутштадтом, Гейльсбергом и Фридландом.

В 1810 году Дохтурова произвели в генералы от инфантерии и назначили командиром 6-го пехотного корпуса. В начале кампании 1812 года 6-й корпус был отрезан противником от 1-й Западной армии, но Дохтуров сумел вывести его на соединение с основными силами.

Во время Смоленского сражения 5 августа 1812 года Дохтурова назначили руководить обороной города. Накануне он был нездоров, серьезно страдал от «сильной горячки», но трудное назначение принял со словами: «Если умереть мне, так лучше умереть на поле чести, нежели бесславно на кровати». Несмотря на болезнь, в течение всего дня он отражал яростные атаки неприятеля, а после шутил, что Смоленск его «вылечил».

В битве при Бородино 26 августа корпус Дохтурова действовал в центре русских позиций. Генерал возглавил 2-ю Западную армию после тяжелого ранения главнокомандующего Багратиона. Ему удалось восстановить порядок в войсках левого фланга и удерживать позиции за Семеновским оврагом. Как говорили солдаты: «Где Дмитрий Сергеевич встал, туда надо команду с рычагами вызывать, иначе его не свернешь». За достижения в бою Александр I пожаловал Дохтурову орден Святого Александра Невского с алмазными знаками.

На Военном совете 1 сентября в Филях Дохтуров был из числе тех, кто высказался за сражение под Москвой. За отличие в Малоярославецком сражении 12 октября он получил орден Святого Георгия 2-го класса, одну из наивысших наград Российской империи.

В Заграничных походах Дохтуров командовал корпусом в составе Польской армии, отличился в Лейпцигском сражении, руководил осадой Магдебурга в 1813 году и Гамбурга в 1814 году. Во время похода во Францию 1815 года генерал командовал правым крылом Российской армии.

Из-за слабого здоровья современники говорили о генерале: «В слабом теле он имел железную душу». Скончался Дохтуров также от болезни в 1816 году, в своем доме в Москве.