Jest rosyjskim pisarzem, poetą, krytykiem literackim i dziennikarzem. Znany jest również jako biograf Borysa Pasternaka, Bułata Okudżawy i Maksyma Gorkiego.
Urodzony w żydowskiej rodzinie, jego ojcem był wybitny uczony medyczny, Lew Zilbertrud.
Bykov ukończył Wydział Dziennikarstwa elitarnego Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego. Dmitrij Bykow nauczał literatury i historii literatury radzieckiej w moskiewskich szkołach średnich. Był profesorem na Wydziale Literatury i Kultury Światowej Moskiewskiego Państwowego Instytutu Stosunków Międzynarodowych (MGIMO), często uważanego za najbardziej elitarny uniwersytet ZSRR. Jako dziennikarz i krytyk, Bykov pisał dla magazynu Ogoniok od 1993 roku. Okresowo prowadził również program w stacji radiowej Echo Moskwy, który działał do 2008 roku. Wcześniej był jednym z gospodarzy wpływowego programu telewizyjnego Vremechko.
Będąc jednym z najbardziej płodnych współczesnych rosyjskich pisarzy, zyskał dodatkowe uznanie za swoją biografię Borysa Pasternaka opublikowaną w 2005 roku. Biografia ta przyniosła Bykowowi nagrody National Bestseller (Национальный бестселлер) i Big Book (Большая Книга) w 2006 roku. Później napisał wpływowe biografie Maksyma Gorkiego i Bułata Okudżawy.
W 2008 roku ukazał się film dokumentalny Virginity (Девственность), którego Bykov był współscenarzystą.
W 2009 roku Bykov został mianowany asystentem redaktora naczelnego tygodnika Profile. Jest także redaktorem naczelnym miesięcznika poświęconego literaturze "Co czytać" (Что читать).
Wspólnie z aktorem Michaiłem Jefremowem stworzył projekt "Obywatel Poeta" (kalambur do wiersza Nikołaja Niekrasowa "Poeta i obywatel"). Jefremow czyta wiersze napisane przez Bykowa, które są zazwyczaj satyrycznymi komentarzami na temat współczesnego rosyjskiego społeczeństwa, polityki i kultury. Każdy wiersz parodiuje styl słynnego poety z przeszłości, np. Puszkina, Niekrasowa, Kiplinga i innych. Pierwotnie program był emitowany na kanale telewizyjnym Dozhd, ale projekt został zamknięty, ponieważ wiersze były zbyt krytyczne wobec rosyjskiego rządu. Przez lata program był prowadzony w formacie audio przez stację radiową Echo of Moscow.
W połowie kwietnia 2019 r., będąc na pokładzie lotu krajowego w drodze do Ufy, Bykov zemdlał i został hospitalizowany po przylocie. Początkowo rosyjskie media w różny sposób opisywały stan zdrowia Bykowa. Echo Moskwy podało, że za stan Bykowa odpowiada przewlekła choroba, którą portal internetowy Otkrytye Media określił jako cukrzycę, a Bykow cierpiał na kryzys hiperglikemiczny. Ponadto, źródło poinformowało RIA Novosti, że Bykov doświadczył poważnej niewydolności krążenia w mózgu.
Jednak w następnym tygodniu, 25 kwietnia, Bykov zaprzeczył, że ma cukrzycę. Po tym, jak lekarze w szpitalu w Ufie powiedzieli mu, że nie mogą znaleźć przyczyny jego choroby, doszedł do wniosku, że było to zatrucie. Na początku września 2020 r. Aric Toler, dyrektor ds. badań i szkoleń w Bellingcat, podejrzewał, że użyto trucizny nerwowej. Możliwe otrucie Bykowa przez rosyjskich agentów rządowych zostało podobno zbadane, wraz z innymi podobnymi przypadkami, przez Christo Grozeva z Bellingcat. Bellingcat opisuje "uderzające podobieństwo" między otruciem Bykowa a otruciem Aleksieja Nawalnego.
W 2022 r. Bykow, który krytykował rosyjską inwazję na Ukrainę, został uznany przez rosyjski rząd za "zagranicznego agenta". Następnie wiele księgarń zaczęło wycofywać sprzedaż jego książek w Rosji. Odkąd został uznany za "zagranicznego agenta", Bykow został ukarany grzywną za niezgłoszenie swojego statusu jako takiego i jest przedmiotem sprawy karnej.
Od 2022 r. Bykow był krytykiem wizytującym w Instytucie Studiów Europejskich na Uniwersytecie Cornella.
