Дмитрий Юрьевич Марьянов родился 1 декабря 1969 года в Москве, Россия.

С шести лет Дмитрий учился в 123-й школе при Театре на Красной Пресне, где обучался в течение семи лет. Во время учебы в школе активно увлекался разными видами спорта - танцами, акробатикой, спортивной гимнастикой, самбо, футболом и плаванием. Также Дмитрий был участником небольшого театра «Ученая обезьяна».

В 1986 году Дмитрий Марьянов впервые появился на телеэкранах, ему досталась главная роль в картине «Выше радуги». В картине также снялись Екатерина Парфенова, Юрий Куклачев, Галина Польских и Михаил Боярский.

В 1988 году Дмитрий снимался у Эльдара Рязанова, в его драме «Дорогая Елена Сергеевна». Картина стала очень популярной и принесла первый успех Дмитрию.

В 1991 году Марьянов вместе с Евгением Мироновым и Натальей Петровой снялся в мелодраме «Любовь», которая сделала актеров «звездами» нового поколения.

В 1992 году Дмитрий Марьянов получил диплом Театрального училища им. Щукина, и сразу же был принят в Московский государственный театр Ленком.

В 1993 году с его участием вышло две кинокартины – «Лихая парочка» и «Русский регтайм», а в следующем году Дмитрий появился в еще двух, но в них ему достались лишь небольшие роли.

В 1997 году Дмитрий появился в роли де Сен-Люка в мини-сериале «Графиня де Монсоро». Также в сериале снялись Габриэлла Мариани, Александр Домогаров, Юрий Беляев, Юрий Яковлев и Лев Дуров.

В том же 1997 году Марьянов вместе с Екатериной Гусевой, Ольгой Остроумовой и Евгением Мироновым снялась в триллере «Змеиный источник».

В 1999 году ему достались роль в картинах «Затворник» и «Президент и его внучка», а также актер появился в сериале «Досье детектива Дубровского».

В 2000 году Дмитрий Марьянов снялся в комедийном мюзикле Александра Абдулова «Бременские музыканты & Co».

В 2001 году Марьянов вместе с Юрием Беляевым, Николаем Караченцовым и Дмитрием Певцовым снялся в главной роли в боевике «Львиная доля».

В 2002 году он сыграл главную роль в триллере «Смеситель», а также появился во второстепенной роли в сериале «Дневник убийцы». В том же году Дмитрий появился в телеспектакле «Юнона и Авось».

В 2004 году Дмитрий появился в роли Макса Паладина с кличкой «Немой» в сериале «Боец». Сериал стал невероятно популярным, а сам Дмитрий получил новую долю популярности.

Следующую главную роль Дмитрий получил в 2006 году в мелодраме «Слушая тишину». Затем с Марьяновым в главной роли были такие картины как «40» (2007), «И падает снег...» (2007), «Золушка с острова Джерба» (2008), «Мираж» (2008) и «Одержимый» (2009).

В этот период, в 2007 и 2009 годах, Дмитрий вместе с фигуристкой Ириной Лобачёвой принимал участие в телепроекте «Ледниковый период».

В 2010 году Дмитрий Марьянов исполнил главные роли в комедиях «Взрослая дочь, или Тест на...» и «Отцы».

В 2011 году Дмитрий вместе с Константином Хабенским и Михаилом Пореченковым снялся в мини-сериале «Небесный суд», а в 2012 году - в одноименной полнометражной картине.

В 2013 году Марьянов появился в главной роли в комедии «Игра в правду».

В 2014 году он снялся в сериале «Небесный суд. Продолжение», с теми же Хабенским и Пореченковым.

В 2015 году с участием Дмитрия назначены премьеры двух сериалов – «Захват» и «Культ», а также кинофильм «Норвег». В последнем он в очередной раз снялся вместе с Евгением Мироновым.

В конце 80-х, во время учебы в Щукинском училище, Дмитрий Марьянов начал встречаться с начинающей актрисой Татьяной Скороходовой. В течение нескольких лет пара жила гражданским браком, однако в 1993 году рассталась.

В 1994 году Дмитрий начал встречаться с манекенщицей Ольгой Аносовой, которая вскоре родила ему сына Даню. Однако их отношения продлились недолго, вскоре после рождения сына пара рассталась.