Отец Дмитрия — Александр Степанович, инженер-химик — любил петь и музицировал на фортепиано, кроме того он собрал большую коллекцию записей звёзд мировой оперной сцены.
Дмитрий окончил Красноярское педагогическое училище имени А. М. Горького и Красноярский институт искусств по классу заслуженного деятеля искусств РФ профессора Е. К. Иофель, ученицы М. Н. Риоли-Словцовой — супруги выдающегося русского тенора П. И. Словцова.
В 1985—1990 годах был солистом Красноярского государственного театра оперы и балета.
После победы в 1989 году в Международном конкурсе оперных певцов в Кардиффе имеет с 1990 года ангажементы в лучших оперных театрах мира: Королевский театр Ковент-Гарден (Лондон), Баварская государственная опера (Munich State Opera), Берлинская государственная опера, театр Ла Скала (Милан), Венская государственная опера, Театр Колон (Буэнос-Айрес), Метрополитен-опера (Нью-Йорк), Лирическая опера в Чикаго, Мариинский театр Санкт-Петербурга, московский театр «Новая Опера», оперная сцена Зальцбургского фестиваля. С 1994 года живёт в Лондоне[1].
Оказывает поддержку и молодым коллективам как, например, Балтийскому симфоническому оркестру.
Записал с Валерием Гергиевым и оркестром Мариинского театра вокальный цикл «Песни и пляски смерти» Модеста Мусоргского и оперу «Царская невеста» Н. А. Римского-Корсакова (партия Григория Грязного).
Один из лучших исполнителей произведений Г. В. Свиридова.
19, 21 и 22 ноября 2009 года прошли концерты в ГКД, где Хворостовский выступил в новом амплуа, исполнив песни И. Я. Крутого на стихи Лилии Виноградовой. Концерты явились презентацией нового совместного альбома Хворостовского и Крутого «Дежавю». В концертах также принимал участие хор Академии хорового искусства имени В. С. Попова и оркестр под управлением К. Г. Орбеляна[2].
24 июня 2015 года на официальном сайте Хворостовского появилось объявление об отмене выступлений певца до конца лета в связи с выявленной у него опухолью мозга[3][4]. Певец принял решение пройти курс лечения в лондонской онкологической клинике «Роял Марсден»[5].
В конце сентября 2015 года певец возобновил концертную деятельность, выйдя на сцену с Анной Нетребко в нью-йоркской «Метрополитен Опера» в опере Джузеппе Верди «Трубадур», где Хворостовский вновь исполнил главную партию графа ди Луна. Лечение продолжается[6].
29 октября 2015 года Дмитрий впервые после курса лечения выступил на родине, дав концерт «Хворостовский и друзья» вместе с латвийской певицей Элиной Гаранчей в Государственном Кремлёвском дворце[7]. 31 октября выступил в Москве на открытии исторической сцены театра «Геликон-опера»