Родился в Москве.

В 1957 году окончил радиофакультет Московского авиационного института, в 1963 — защитил диссертации на звание кандидата, а затем, в 1984 году, доктора технических наук.

Более 35 лет занимал руководящие посты в Радиотехническом институте (РТИ) имени академика А.Л. Минца: работал начальником лаборатории, начальником научного отдела, директором центра по разработке радиотехнического оборудования, заместителем главного конструктора крупнейшей наземной радиолокационной станции, входящей в систему противоракетной обороны.

В начале 90-х годов с группой инженеров РТИ создал малое предприятие «КБ Импульс», которое проектировало и выпускало радиоаппаратуру гражданского назначения.

В 1992 году стал инициатором создания телекоммуникационной компании мобильной связи ЗАО «ВымпелКом» (сотовая сеть «Би Лайн»).

В течение многих лет был членом правления Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП).

 В 2001 году он стал лауреатом Национальной премии «Бизнес-Олимп» в номинации «Бизнес-репутация».

В мае 2001 года Дмитрий Зимин оставил должность генерального директора. Решением Совета директоров компании ему было присвоено звание — «Почетный президент и основатель компании «Вымпелком».

Академик Международной академии связи, член-корреспондент Российской академии инженерных наук и член президиума Российской академии бизнеса и предпринимательства.

Является автором более 100 научных трудов и изобретений, лауреатом премии имени А.С. Попова Академии наук СССР (1965 г.) и Государственной премии Российской Федерации (1993 г.).