Дмитрий Харатьян родился 21 января 1960 года в городе Алмалык Ташкентской области Узбекской ССР. Отец актера Вадим Харатьян был преподавателем технического вуза. Мать, Светлана Тизенко, работала инженером-строителем. По отцовской линии Харатьян на четверть армянин, эта национальность по его просьбе была указана в его первом паспорте.
Родители развелись, когда Дмитрию было шесть лет. До этого времени семья успела пожить в Липецке, а затем перебралась в Красногорск Московской области. Здесь будущая звезда экрана окончил школу № 9, о которой по сей день хранит теплые воспоминания.
В школьные годы Харатьян увлекался музыкой и выступал в школьном ансамбле, став настоящей звездой учебного заведения. А в старших классах успешно прошел пробы на «Мосфильме» и получил свою первую роль — девятиклассника Игоря Грушко в музыкальной мелодраме Владимира Меньшова «Розыгрыш». Режиссер искал подростка, который хорошо поет и играет на гитаре. Харатьян идеально подошел на эту роль.
Фильм вышел на экраны в 1976 году. Картина стала одним из лидеров проката и удостоилась награды ЦК ВЛКСМ, высшего руководящего органа комсомола, как лучшее кино для юношества. Сам же начинающий актер ни на секунду не сомневался, что его жизнь будет связана с кинематографом.
После школы Харатьян поступил в Высшее театральное училище имени Щепкина — знаменитую «Щепку». Будучи студентом, он продолжил сниматься. В этот период выходят ленты с его участием «Охота на лис», «Праздник фонарей» и ряд других.
Съемки пришлось прервать на время службы в армии. В 1984 году молодого актера, который уже успел жениться и обзавестись ребенком, призвали во внутренние войска МВД. Он служил в пожарной охране Москвы. По признанию артиста, мысли «откосить» у него не было и он с полной ответственностью отправился нести службу, заявив в одном из интервью, что армия была для него нужным и полезным делом.
После службы Харатьян вновь вернулся в кино. В 1987 году он снялся в роли Алеши Корсака в приключенческом фильме Светланы Дружининой «Гардемарины, вперед!». Именно благодаря этой картине актер приобрел всесоюзную славу и стал кумиром миллионов, четыре года подряд удерживая звание самого популярного артиста страны.
Затем последовали работы в фильмах «Частный детектив, или Операция «Кооперация», «Мордашка», «На Дерибасовской хорошая погода, или на Брайтон-Бич опять идут дожди», «Тайны дворцовых переворотов» и участие в продолжении киноэпопеи о гардемаринах — «Виват, гардемарины!», «Гардемарины III» и последующих выпусках.
В общей сложности в кино актер исполнил более ста ролей. С конца 1990-х годов Харатьян активно выступал на театральной сцене, а также сыграл в мюзиклах «Веселые ребята», который шел на сцене Театра имени Вахтангова, и «Любовь и шпионаж» Максима Дунаевского, поставленном по мотивам пьесы Елены Греминой «Глаза дня».
Помимо этого, в 2000-х артист дебютировал как телеведущий и попробовал себя в качестве продюсера. Еще он выпустил несколько дисков с песнями собственного исполнения. В его репертуаре песни из фильмов, композиции Владимира Высоцкого, Александры Пахмутовой, Булата Окуджавы и других авторов.
За вклад в развитие отечественной культуры и искусства актер удостоен звания народного артиста России. В 2021 году он был награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени, а в 2024-м — орденом Дружбы.
Дмитрий Харатьян дважды женат. В первый раз он женился в студенческие годы на однокурснице Марине Буримовой. В браке у супругов родилась дочь Александра. Она получила образование в сфере финансов, а позднее обучилась на продюсера. Сейчас вместе с мужем проживает в Швеции. Второй женой актера стала актриса Марина Майко. Пара поженилась в 1997 году спустя восемь лет после знакомства. Через год на свет появился сын Иван. Он окончил режиссерское отделение ВГИКа и летом приступил к съемкам своего дебютного фильма «Карузо» о блокадном Ленинграде.
В 2025 году главному гардемарину страны исполняется 65 лет. Свой юбилей актер отметит концертом, в рамках которого прозвучат знаменитые песни из кинолент «Гардемарины, вперед!», «Зеленый фургон», «Розыгрыш», «Афоня», «Ирония судьбы» и многих других. Затем артист отправится в гастрольный тур и выпустит пластинку с песнями, вошедшими в юбилейную программу.