Дмитрий Александрович Хворостовский родился 16 октября 1962 года в Красноярске в семье Александра Степановича и Людмилы Петровны Хворостовских. Отец работал инженером- химиком, мать — врачом-гинекологом.

В 1972-1977 годах Дмитрий Хворостовский занимался в городской музыкальной школе №4, обучался сольфеджио и игре на фортепиано.
В 1982 году окончил музыкальное отделение Красноярского педагогического училища им. А. М. Горького (ныне — Красноярский педагогический колледж №1 им. М. Горького), в середине 1980-х годов — вокальный факультет Красноярского государственного института искусств по классу профессора Екатерины Иофель. Певческий голос — баритон, передает ДВ-РОСС со ссылкой на ТАСС.

В 1985-1990 годах являлся солистом Красноярского государственного театра оперы и балета.

В 1987 году был удостоен первой премии на Всесоюзном конкурсе вокалистов им. М. И. Глинки (Баку, Азербайджанская ССР; ныне — Азербайджанская Республика), в 1988 году получил Гран-при на Международном конкурсе певцов в Тулузе (Франция).

В 1988 году дебютировал на европейской сцене, исполнив партию Елецкого из «Пиковой дамы» Петра Чайковского на сцене оперного театра Ниццы (Франция).

Широкую известность Дмитрий Хворостовский получил в 1989 году после победы на IV Международном конкурсе вокалистов «Певец мира» в Кардиффе (Уэльс, Великобритания; проводится с 1983 года один раз в два года под эгидой Би-би-си). Этот успех принес исполнителю предложения выступать на ведущих мировых театральных площадках: Ковент-Гардене (Лондон, Великобритания), Баварской и Берлинской государственных операх (Германия), «Ла Скале» (Милан, Италия), Венской государственной опере (Австрия), Метрополитен-опера (Нью-Йорк, США) и др.

Репертуар Дмитрия Хворостовского включает в себя главные партии в операх: «Евгений Онегин», «Иоланта» и «Пиковая дама» Петра Чайковского, «Риголетто», «Травиата», «Симон Бокканегра» и «Отелло» Джузеппе Верди, «Фаворитка» и «Любовный напиток» Гаэтано Доницетти, «Свадьба Фигаро» и «Дон Жуан» Вольфганга Амадея Моцарта, «Демон» Антона Рубинштейна, «Царская невеста» Николая Римского-Корсакова, «Севильский цирюльник» Джоаккино Россини, «Фауст» Шарля Гуно, «Сельская честь» Пьетро Масканьи, «Паяцы» Руджеро Леонкавалло и др.

Наряду с оперными партиями, певец исполняет русские народные песни, романсы русских и зарубежных композиторов, барочные арии западноевропейских композиторов XVI-XVII веков и др.

В разные годы Дмитрий Хворостовский сотрудничал с Нью-Йоркским и Роттердамским филармоническими оркестрами, а также с ведущими отечественными и зарубежными дирижерами — Юрием Темиркановым, Владимиром Спиваковым, Валерием Гергиевым, Владимиром Федосеевым (Россия), Джеймсом Ливайном и Лорином Маазелем (США), Зубином Метой (Индия), Бернардом Хайтинком (Нидерланды), Клаудио Аббадо (Италия) и др.

В 1995 году композитор Георгий Свиридов специально для дуэта Дмитрия Хворостовского и пианиста Михаила Аркадьева создал музыкальную поэму «Петербург» для голоса и фортепиано на слова Александра Блока. Ее мировая премьера состоялась в мае 1996 года в лондонском Вигмор-холле.

Специально для Дмитрия Хворостовского и симфонического оркестра Сан-Франциско (США) грузинский композитор Гия Канчели сочинил произведение «Не горюй!». Его премьера прошла в мае 2002 года.

28 мая 2004 года Дмитрий Хворостовский стал первым оперным исполнителем, выступившим с оркестром и хором на Красной площади в Москве. В ходе благотворительного концерта он исполнял советские песни военных лет, арии из опер русских и итальянских композиторов, русские романсы и неаполитанские песни. Выступление транслировалось в более чем 30 странах.

В 2005 году по специальному приглашению президента РФ Владимира Путина певец совершил тур по городам России, посвященный 60-летию Победы в Великой Отечественной войне.

С 2006 года исполнитель регулярно выступает в Москве и Санкт-Петербурге с концертами в рамках созданного им цикла «Дмитрий Хворостовский и друзья». По его приглашению в них принимали участие ведущие оперные исполнители из разных стран мира: Екатерина Сюрина, Екатерина Губанова, Ильдар и Аскар Абдразаковы (Россия), Рене Флеминг и Сондра Радвановски (США), Барбара Фриттоли и Марчелло Джордани (Италия), Суми Чо (Южная Корея), Йонас Кауфман (Германия), Рамон Варгас (Мексика) и др.

С начала 2010-х годов Дмитрий Хворостовский сотрудничает с российским композитором Игорем Крутым. В разное время их совместные концерты прошли в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве (Украина) и Нью-Йорке.

25 сентября 2012 года Дмитрий Хворостовский в сопровождении хора Академии хорового искусства им. В. С. Попова и Государственного академического симфонического оркестра России им. Е. Ф. Светланова открыл десятый сезон Московского международного дома музыки.

В 2014-2016 годах певец регулярно выступал на разных площадках с благотворительными концертами «Дмитрий Хворостовский и друзья — детям».

9 мая 2015 года на ВДНХ в Москве Дмитрий Хворостовский дал концерт «Песни военных лет» в честь 70-летия Победы в Великой Отечественной войне. Его выступления, посвященные празднику, также состоялись в Тюмени, Екатеринбурге, Красноярске и др.

24 июня 2015 года было официально объявлено, что у Дмитрия Хворостовского диагностирована опухоль головного мозга. В настоящее время певец проходит курс лечения, но продолжает профессиональную деятельность. В частности, он выступал с Анной Нетребко в Метрополитен-опера (сентябрь 2015 года), с латвийской певицей Элиной Гаранчей в Государственном Кремлевском дворце (октябрь 2015 года), в гала-концерте на Дворцовой площади ко Дню города Санкт-Петербурга (май 2017 года) и др.

На протяжении карьеры певец выпустил более сорока музыкальных дисков с записями сольных и оперных выступлений. На 10 ноября 2017 года намечен выход очередного диска — с записью оперы «Риголетто», в которой Хворостовский исполнил заглавную партию.

Народный артист России (1995).

Награжден орденами Александра Невского (2015) и «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2017).

Лауреат Государственной премии РСФСР им. М. И. Глинки за 1991 год.

Почетный гражданин Красноярска (2000) и Красноярского края (2015), Кемеровской области (2006).

Почетный профессор Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (2006).

Член попечительского совета Российского государственного музыкального телерадиоцентра.

Женат вторым браком на итальянской певице Флоранс Илли. В семье двое детей — сын Максим (род. 2003) и дочь Нина (род. 2007). Первая супруга — балерина Светлана Иванова (скончалась в 2015 году). От брака с ней имеет детей-близнецов — дочь Александру и сына Данилу (род. 1996). Также удочерил ребенка Светланы от ее предыдущего брака — Марию.

В честь Дмитрия Хворостовского назван астероид главного пояса 7995 Khvorostovsky.

Жизни и творчеству певца посвящены книги Натальи Черновой «Дмитрий Хворостовский. Эпизоды…» (2006) и Софьи Бенуа «Дмитрий Хворостовский. Две женщины и музыка» (2015), а также документальные фильмы Натальи Черновой «Дмитрий Хворостовский. Наука дальних странствий…» (2002) и Ники Стрижак «Дмитрий Хворостовский. Это я и музыка…» (2012).