Князь императорской крови Дмитрий Александрович родился в Гатчинском дворце. Он был четвёртым сыном и пятым ребёнком в семье великого князя Александра Михайловича и великой княгини Ксении Александровны. После революции находился под домашним арестом вместе с родителями и другими Романовыми в имении Дюлбер в Крыму и избежал смерти от рук большевиков только благодаря немецким войскам, занявшим Крым. 11 апреля 1919 года он покинул Россию на английском линкоре «Мальборо» вместе с другими Романовыми, и затем прибыл на Мальту, где и провёл 9 месяцев до переезда в Англию. В эмиграции жил в Великобритании и Франции. В 1920-х гг. работал биржевым маклером в Манхеттене. В 1930-х гг. непродолжительное время был управляющим магазина Коко Шанель в Биаррице. Тогда же был членом Младоросской партии. Во время Второй Мировой войны - капитан-лейтенант добровольческого резерва Британского военно-морского флота (Royal Naval Reserve). После войны становится секретарём клуба путешественников в Париже, а в 1950-х гг. являлся представителем по продажам в Европе фирмы, производившей виски. После создания "Объединения членов рода Романовых" в 1979 г., Дмитрий Александрович был избран 9 июня 1979 г. его первым председателем и занимал эту должность вплоть до своей смерти.
Дмитрий Александрович был женат дважды. 25 ноября 1931 года в Париже он женился на графине Марине Сергеевне Голенищевой-Кутузовой (1912—1969), дочери графа Сергея Александровича Голенищева-Кутузова (1885—1950) и Марии Александровны, урождённой графини Чернышёвой-Безобразовой (1890—1960). В 1931 г Кирилл Владимирович пожаловал ей титул княгини Романовской-Кутузовой, а 28.7.1935 ей и потомству - титул светлейшей князей Романовских-Кутузовых с передачей титула светлости старшему в роде. Брак был расторгнут в 1947 г. 29 (по другим данным - 20) октября 1954 года в Лондоне вступил во второй брак со вдовой баронета Сэра Джона-Чарльза Милбенка урождённой Маргарет Шейлой Чизхольм (Chisholm; 1898-1969).
Единственным ребёнком от первого брака была дочь княгиня Надежда Дмитриевна (20.7.1933-17.9.2002), супруга
По данным кирилловских источников, она титуловалась княжной Романовской-Кутузовой, по другим - была известна как Nadejda Romanoff или княжна Надежда Романова (Princess Nadeshda Romanov).
От второго брака Дмитрий Александрович детей не имел.
Князь Дмитрий Александрович умер 7 июля 1980 года в Лондоне.