Дмитрий Кардовский происходит из дворян. Родился 24 августа (5 сентября) 1866 года в деревне Осурово, что ныне в Переславском районе Ярославской области.
Среднее образование получил во Владимирской гимназии (1886), потом поступил на Юридический факультет МГУ, одновременно посещая частную школу архитектора А. Гунста. В 1892—1896 годах отбыв воинскую повинность, поступил на обучение в Академию художеств под начало П. П. Чистякова и И. Е. Репина. Посещал также студию А. Гауша. В 1896—1900 годах жил и учился за рубежом, в известной школе А. Ажбе в Мюнхене, в то время одном из лучших центров преподавания живописи. В 1901 году снова обучался в Академии художеств у Репина. В 1902 году удостоен звания художника.
С 1903 года на преподавательской работе в Академии художеств, помощник в мастерской Репина. Один из учредителей «Нового общества художников», просуществовавшего до 1917 года. С 1907 года профессор Академии художеств, имеет собственную мастерскую. С 1911 года действительный член Академии художеств.
В 1919 году живёт в Переславле-Залесском, член Переславль-Залесского научно-просветительного общества. В 1920 году переехал в Москву, где преподавал во ВХУТЕМАСе — ВХУТЕИНе (по 1930), параллельно с этим с 1922 года работал в студии К. П. Чемко. С 1929 года заслуженный деятель искусств РСФСР. В 1933—1934 годах преподавал во Всероссийской Академии художеств в Ленинграде. В 1929 году в Москве прошла «Выставка картин московских и ленинградских художников, посвящённая 25-летию художественной и педагогической деятельности проф. Д. Н. Кордовокого».
В 1941—1943 годах жил в Переславле-Залесском. Умер 9 февраля 1943 года. Похоронен на территории переславского Горицкого монастыря.
Жена — Ольга Делла-Вос-Кардовская. Дочь Екатерина — жена академика медицины П. Н. Весёлкина.
Рисовальщик с реалистичной манерой, максимально полно реализовывавший идею автора литературного произведения, что позволило ему стать крупным мастером книжной иллюстрации:
Прекрасно писал эпоху Петра I, множество работ посвящено пушкинскому времени, декабристам. Оставил виды переславской Рыбной слободы.
7 июля 1926 года, получивши лошадь и тележку из Переславского районного исполкома, М. И. Смирнов вместе с Кардовским и фотографом отправились в Горки, чтобы сделать эскизы усадебного дома. Пробывши там почти весь день, Кардовский сделал несколько зарисовок, по которым и работал картину «В. И. Ленин в Горках, Переславского уезда». В Переславском музее картина находится до настоящего времени.