Родился в городе Астрахань.

В 1993 году - окончил Уфимский нефтяной институт по специальности «горный инженер-геофизик».

Трудовую деятельность начал в геофизическом объединении «Шельф» в городе Геленджик.

В ноябре 1993 г. - был приглашен в Ямало-Ненецкий автономный округ, в Тарасовское управление геофизических работ, где до марта 1994 года работал инженером комплексной геофизической партии.

С апреля 1994 г. по май 1995 г. - работал геологом Таркосалинской нефтегазоразведочной экспедиции.

С октября 1996 г. по май 2001 г. работал в системе ОАО "Пурнефтегазгеология", занимал должности директора по персоналу, первого заместителя генерального директора. В этот период являлся членом советов директоров ряда нефтегазовых компаний и предприятий.

С 2000 г. - руководил разработкой Ханчейского месторождения и организацией нефтегазодобывающего производства.

В мае 2001 года был назначен генеральным директором ОАО «Ханчейнефтегаз».

С октября 2002 г. - работал на посту первого заместителя главы администрации Пуровского района.

В 200З г. - окончил институт профессиональной переподготовки Уральской академии государственной службы по специальности «государственное и муниципальное управление».

В октябре 2005 г. - избран Главой муниципального образования Пуровский район.

22 февраля 2010 г. - Президент Российской Федерации Дмитрий Медведев внес кандидатуру Дмитрия Николаевича Кобылкина на рассмотрение Законодательного Собрания Ямало-Ненецкого автономного округа для наделения его полномочиями Губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа.

3 марта 2010 г. депутаты Законодательного Собрания Ямало-Ненецкого автономного округа на внеочередном 74 заседании единогласно проголосовали за кандидатуру Дмитрия Кобылкина, представленную Президентом РФ на пост Губернатора Ямала.

16 марта 2010 г. - в столице автономного округа г.Салехард состоялась торжественная инаугурация Губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа.

С 12 марта 2015 года - Губернатор Ямало-Ненецкого автономного округа.

С мая 2018 г.  министр природных ресурсов и экологии