Дмитрий Алексеевич Исаев родился в Ленинграде 23 января 1973 года в актерской семье, его родители работали в Большом Драматическом Театре (БДТ).

В школьные годы он активно занимался спортом, но позже отдал предпочтение музыке. Дмитрий Исаев играл на скрипке и учился в музыкальном училище имени Римского-Корсакова. Уже в 14 лет он начал работать в петербургском театре Юрия Томашевского «Приют комедианта».

Как рассказывает Дмитрий Исаев, впервые в кино он снялся еще в детстве: во французском фильме «Дебюсси, или Мадемуазель Шу-Шу» он сыграл маленького Моцарта. В этой работе ему очень пригодилось умение играть на скрипке.

В театральное училище Дмитрий Исаев поступил со второго раза и в 1992 году стал студентом ЛГИТМиК (ныне – СПбГАТИ, Санкт-Петербургская государственная академия театрального искусства), курс Владимира Викторовича Петрова.

Окончив в 1996 году институт, Дмитрий Исаев работал некоторое время в театре «Приют комедиантов», затем перешел в театр им. Комиссаржевской.

В театре «Приют комедианта» актером были сыграны роли: Жадов («Доходное место»), Дони («Эти свободные бабочки»), Питус («Смех Лангусты»), молодой ученый Иорген Тесман («Гедда Габлер»).

По словам самого Дмитрия Исаева, в актерскую профессию он особо не стремился и все во многом произошло случайно.

Дмитрий Исаев о своей профессии: «С одной стороны все получилось, совершенно случайно, а с другой, я работал в театре, еще до института, и туда пришла работать актриса Ольга Волкова и как-то с ее подачи я поступил в театральный институт. Мне нравится работать, также нравится работа, которой я в данный момент занимаюсь. Возможно, я буду заниматься какой-то другой профессией через год, потенциально я к этому готов».

Среди других работ Дмитрия Исаева можно отметить роли, сыгранные им вантрепризе Миронова: Мариус («Отверженные»), и крестьянин («Обломов»). А также роли в театре Комиссаржевской: Межуев («Чичиков»), Луи Ламар («Французские штучки»).

Первый съемочный опыт будущий актер приобрел еще в детстве, сыграл небольшую роль во французском фильме «Дебюсси, или Мадемуазель Шу-Шу». Настоящим же дебютом Дмитрия Исаева в кино стала главная роль в сериале режиссера Кирилла Капицы «Госпожа Победа». В эту картину актера пригласила его бывшая однокурсница Татьяна Колганова. Дмитрий Исаев сыграл подающего надежды пловца Славу, который не может выиграть соревнования, хотя на тренировках показывает хорошие результаты.

С этого периода актер стал весьма удачно совмещать работу в театре (в основном в различных антрепризах) и работу в кино. В том же 2002 году Дмитрий Исаев вновь снялся у Кирилла Капицы, сыграв одну из главных ролей в фильме «Морской узел».

Затем последовали небольшие, а порой и вовсе эпизодические роли: цесаревич в фильме «Хроника любви», футболист в сериале «Мангуст» (серия «Желтая карточка»), жиголо в сериале «Бандитский Петербург» (серия «Журналист») и оперативник «Улицах разбитых фонарей -5» (серия «Дезинфекция»).

Большую популярность Дмитрию Исаеву принесла роль цесаревича Александра в сериале «Бедная Настя».

Дмитрий Исаев о роли цесаревича Александра в сериале «Бедная Настя»: «К роли было очень сложно готовиться. Я совершенно не знал, что такое «мыло» и что это за жанр. Не было материала, потому что этот период довольно темный в жизни Александра II, от шестнадцати до тридцати пяти лет ничего нет. Люди, которые готовили этот проект, американцы и наши, пытались искать, но того, что могло бы помочь, нашли мало».

Среди более поздних работ актера – скрипач Евгений Абрамов в сериале «Дорогая Маша Березина» и дворянин, сын богатого фабриканта Петр Волков в сериале «Грехи отцов». В последние годы Дмитрий Исаев сосредоточился на съемках в кино и на телевидении, отказавшись от театра. Сегодня на его счету более тридцати экранных работ. Из последних картин с его участием следует отметить телефильмы «Бесприданница» и «Обет молчания», а также сериалы «Терминал» и «Одержимый».

Актер дважды разведен. Первой супругой Дмитрия Исаева была Ася Шибарова, актриса Санкт-Петербургского театра Аквариум, в этом браке родились две дочери – Полина и Софья.

Затем актер женился на Инне Гинкевич, заслуженной артистке России, прима-балерине театра Станиславского и Немировича-Данченко.