Родился в Горьком (ныне — Нижний Новгород). Окончил факультет радиофизики и кибернетики Горьковского государственного университета (ныне — Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского).

С середины 1990-х годов Дмитрий Осипов занимал высшие руководящие должности в крупных химических компаниях: ОАО «Химпром» (г. Волгоград), ОАО «Сибур-Химпром».

 С 2005 по 2007 год – генеральный директор ОАО «Кирово-Чепецкий химический комбинат».

С 2007 по 2011 год – генеральный директор ОАО «ОХК «УРАЛХИМ», одного из крупнейших в мире производителей азотных удобрений.

С 2007 по 2013 год – член Совета директоров ОАО «ОХК «УРАЛХИМ».

С 2011 по 2013 год – заместитель Председателя Совета директоров ОАО «ОХК «УРАЛХИМ».

С 2011 года является членом Совета и членом Финансового Комитета Международной Ассоциации Производителей Удобрений (International Fertilizer Association, IFA).

 В декабре 2013 года назначен Генеральным директором ОАО «Уралкалий».