Шеф 16-го гренадерского Мингрельского своего имени полка, флигель-адъютант Его Императорского Величества. На службе состоял в лейб-гвардии конном полку до 1893, когда, в чине полковника, назначен командующим лейб-гвардии конно-гренадерским полком.
Кавалер ордена Св. Владимира 4 ст.; Звезда ордена Св. Андрея Первозванного.
Младший сын Константина Николаевича и Александры Иосифовны ,как и все Константиновичи, был высокого роста и отличался худобой. Он получил очень хорошее образование, прекрасно разбирался в классической литературе, принимал участие в домашних спектаклях; брал уроки игры на скрипке (его музыкальным педагогом был Е.К. Альбрехт). Многие находили в нем незаурядные актерские способности.
Сначала его готовили к военно-морской карьере, но он страстно любил лошадей и в конечном итоге перешел служить в кавалерию. Своими успехами русское коннезаводство в начале XX века в немалой степени обязано великому князю.Под Полтавой он имел собственный конный завод, где разводил рысаков, высоко ценившихся в русской армии. В 1913 года он председательствовал на Всероссийской выставке рысаков в Киеве.
Он никогда не был женат и слыл ярым женоненавистником. Свою нерастраченную любовь он перенес на племянников и племянниц — детей брата Константина.
Великий князь не смог принять участия в войне с Германией из-за близорукости,к 1914 году перешедшей в почти полную слепоту. Проклиная судьбу, Дмитрий Константинович занимался подготовкой кавалерии в тылу.
По декрету от 26 марта 1918 года Дмитрий Константинович был выслан в Вологду, а затем перевели под арест в Петроград.Он жил в одной камере со своим кузеном Георгием Михайловичем. Рядом, в соседней камере , поместили племянника Дмитрия — Гавриила Константиновича, им иногда удавалось видеться.
Затем Дмитрия Константиновича вместе с Павлом Александровичем, Николаем Михайловичем и Георгием Михайловичем отвезли в Петропавловскую крепость и в одну из январских ночей расстреляли. В последние минуты Дмитрий Константинович истово молился, повторяя: «Прости им Господи, не ведают, что творят...»
Великий князь был канонизирован Русской Православной церковью за границей в сонме Новомучеников российских 1 ноября 1981 года.
Реабилитирован посмертно в 08 июня 2009.