В возрасте 15 лет поступил в Керченские мореходные классы.
В 1884 году, не закончив учёбу, матросом ушёл в первое плавание на греческом пароходе. Два года был матросом на иностранных судах, в том числе парусных.
После возвращения на Родину в 1886 году продолжил учёбу в Петербургских мореходных классах, после окончания которых получил диплом штурмана. По окончании работал на волжских и каспийских судах помощником капитана. Капитаном стал, лишь переехав на Дальний Восток, где в течение шести лет водил по рекам пароходы. Вернувшись в столицу, получил должность помощника начальника порта Петровск-на-Каспии (ныне город Махачкала). Лишь в 1908 году исполнилась давняя мечта Дмитрия Лухманова — он стал капитаном учебного парусного судна «Великая княжна Мария Николаевна», курсировавшего по Чёрному морю.
Во время первой мировой и гражданской войн вновь жил на Дальнем Востоке. В 1920 году вступил в коммунистическую партию. В 1924 году назначен начальником Ленинградского морского техникума, созданного на базе оконченных им Петербургских мореходных классов. Командовал плаванием учебного парусника «Товарищ» в Аргентину.
С 1933 года — директор Потийского морского техникума, впоследствии — сотрудник Наркомата морского флота СССР.
Был женат на Ольге Михайловне Ошаниной (урождённая Бибикова).
В 1887 году в журнале «Русское судоходство» опубликованы первые рассказы Дмитрия Лухманова о море и моряках. Первая книга, «Морские рассказы», вышла в 1903 году. В 1911 году вышла книга стихотворений «На суше и в море». Уже в советское время опубликованы книги «Солёный ветер» (о годах службы матросом на иностранных судах), «Штурман дальнего плавания» (о взрослых годах автора), «20000 миль под парусами» (о плавании «Товарища»).
Имя Лухманова до 1996 года носил один из теплоходов ЧМП (26.12.1996 судно «Капитан Лухманов» было исключено из Морского регистра России).
В 1927 году присвоено звание Герой труда.