До 16 лет занимался в сочинской футбольной школе. Следующие два года провёл в юношеской команде хорватского «Хайдука» (Сплит), потом играл в молодёжной команде киевского «Арсенала» (Украина). В «Крылья Советов» перешёл в межсезонье-2006 из клуба «Шинник» (Ярославль). В феврале 2009 года был выставлен на трансфер. В итоге не был приобретён ни одним клубом, покинул «Крылья» и стал свободным агентом. 20 августа 2010 года подписал контракт с махачкалинской «Анжи»
Дмитрий Васильев из футбольной семьи. В 1950—1955 гг. цвета «Крыльев Советов» защищал дед Дмитрия Василий Александрович Васильев, также нападающий. Отец выступал за «Кубань» Краснодар, ЦСКА Москва и «Зенит» Ленинград.