Родился 24 мая 1965 г. в Москве. В детстве увлекался историей, хотел стать археологом. Играл в школьном драмкружке. После школы работал монтировщиком декораций на «Мосфильме». В январе 1983 г. впервые попал в театр, тогда Театр-студию на улице Чехова. 1983–1985 гг. – служба в рядах Вооруженных сил (заместитель командира стрелкового взвода, сержант). 1989–1993 гг. – учеба на курсе Ярославского Государственного Театрального Института при театре. В 2001 г. удостоен звания «Заслуженный артист России». Руководит детской студией при театре. Пишет стихи, рассказы. Работы Д. Полякова опубликованы в ряде журналов и газет.
 В 1995 г. основал и стал главным редактором внутреннего театрального журнала «Камерный глаголъ». Женат, имеет троих сыновей.

 Михаил Щепенко о Дмитрии Полякове:
 «Он не только прекрасный актер. Он – один из атлантов, которые держат небо. Дима пришел к нам не в актеры. Он пришел в единомышленники, в соратники. Побывав на наших спектаклях на улице Чехова, понял, что путь у нас один. И, действительно, путь один. И сколько уже пройдено, сколько сил отдал Дима общему делу! Был он всем – чем нужно было быть. Однажды на его столе я нашел выписанную им цитату из Экзюпери о том, что бить киркой можно с разными целями: строить тюрьму, например, или строить Царство Духа. Важно то, во имя чего мы делаем любую работу. Он был и есть созидатель нашего, возможно, утопического корабля Духа».
 «Дмитрия Полякова публика знает давно, он работает в театре фактически со дня его основания. Отличительной чертой актера является ирония, хотя... нет человека, более преданного общему делу и более надежного. Директор театра говорит: «Когда мне приходится по каким-либо делам покидать театр, я спокойно оставляю его на Дмитрия».

«Доктор Чехов», 2003 г.