Родился 18 августа 1959 года в Ленинграде.
После окончания в 1981 году Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта – мастер цеха Ленинград-Балтийского локомотивного депо Октябрьской железной дороги.
1983 - 1984 гг. на комсомольской работе в Ленинграде.
1984 - 1990 гг. служба офицером в Советской Армии, в армейской печати.
1990 - 1991 гг. народный депутат Ленсовета, руководитель пресс- центра Ленсовета и горисполкома.
1991 - 1996 гг. председатель Комитета по печати и средствам массовой информации мэрии Санкт- Петербурга, представитель Мининформпечати РФ в городе и Ленинградской области.
1996 - 1999 гг. заместитель Председателя Государственного комитета Российской Федерации по печати.
1999 г. докторант МГИМО (У) Министерства иностранных дел РФ.
1999 – 2002 гг. президент Центра стратегических разработок (ЦСР), г. Москва.
2002 – 2009 гг. член Совета Федерации Федерального Собрания России - представитель от Правительства Иркутской области. Витрина данных НОТА ВИЗОР для налогового мониторинга
С января 2004 г до наделения полномочиями Губернатора Иркутской области - заместитель Председателя Совета Федерации Федерального Собрания России.
Председатель Правления Делового совета Шанхайской организации сотрудничества (4 июня 2009 года избран повторно).
Член Президиума Государственной комиссии по вопросам социально-экономического развития Дальнего Востока, Республики Бурятия, Иркутской области и Забайкальского края.
Член Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям. Член Комиссии при Президенте России по вопросам развития информационного общества. Член Совета при Президенте России по развитию физической культуры и спорта, спорта высших достижений, подготовке к проведению XXII Олимпийских игр и XI Паралимпийских зимних игр 2014 в г. Сочи. Сопредседатель Центрального Совета сторонников Всероссийской политической партии «Единая Россия». Кандидат психологических наук (специальность – политическая психология), доцент. Член Союза журналистов СССР, России с января 1988 года.
Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" IV степени, Почета, медалью "За строительство Байкало-Амурской магистрали", удостоен звания Офицера Государственного ордена Почетного Легиона (Франция), другими наградами.
8 июня 2009 г. по представлению Президента России Дмитрия Медведева на внеочередной сессии депутаты Законодательного собрания Иркутской области единогласно наделили Дмитрия Мезенцева полномочиями Губернатора.
Женат, имеет дочь.