Дмитрий Золотухин родился 7 августа 1958 года в семье актера Льва Федоровича Золотухина. После окончания в 1979 году Школы - студии МХАТа Дмитрий был принят в труппу МХАТа, где проработал до 1982 года. С 1982 года Золотухин стал актером киностудии им. Горького.

На этой киностудии и состоялся дебют Дмитрия Золотухин в кино. В 1980 году он сыграл молодого Петра Первого в дилогии Сергея Герасимова «Юность Петра» и «В начале славных дел». Под руководством великого режиссера Золотухин создал яркий, живой образ. Работа начинающего актера не была оставлена без внимания, и в 1981 году по опросу журнала «Советский экран» он был признан лучшим актером года.

После успеха этих лент Дмитрий Золотухин вновь создал образ Петра Первого в телевизионном сериале «Россия молодая», поставленном Ильей Гуриным по одноименному роману Ю.Германа. А в 1983 году актер вновь сыграл в исторической ленте – на этот раз в фильме Геннадия Васильева «Василий Буслаев». В 80-е годы Дмитрий Золотухин сыграл еще несколько ролей в кино, среди которых - Констин в драме Никиты Михалкова «Очи черные».

В 1987 году Дмитрий Золотухин окончил режиссерский факультет ВГИКа (мастерская С. А. Герасимова и Т. Ф. Макаровой). Тогда же он дебютировал в качестве режиссера, сняв криминально-психологическую драму «Христиане» по рассказу Леонида Андреева. В 1994 году Золотухин поставил фильм «Зона Любэ», где также выступил в качестве автора сценария и продюсера. Картина получила несколько призов на российских кинофестивалях, среди которых - Приз Благотворительного фонда «Возрождение» «За органичное существование в зоне добра и творчества» на Акции-кинофестивале «Сталкер» в Москве в 1995 году.