Родился 18 августа 1959 года в Ленинграде.
С 1981 года после окончания Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта – мастер цеха Балтийского депо Октябрьской железной дороги.
В 1983 – 1984 гг. – на освобожденной комсомольской работе в Ленинграде.
В 1984 – 1990 гг. – служил офицером в Советской Армии, в армейской печати.
В 1990 – 1991 гг. – народный депутат Ленсовета, руководитель пресс-центра горсовета и Ленгорисполкома.
В 1991 – 1996 гг. – председатель комитета по печати и СМИ Мэрии Санкт-Петербурга.
В 1996 – 1999 гг. – заместитель председателя Государственного комитета Российской Федерации по печати.
В 1999 г. – направлен в докторантуру МГИМО (У) МИД РФ (Распоряжение Правительства РФ от 15.10.1999 г.).
В 1999 – 2002 гг. – президент Центра стратегических разработок.
С января 2002 г. – член Совета Федерации ФС России, председатель комиссии по информационной политике.
В 2004 – 2009 гг. – заместитель председателя Совета Федерации.
В 2009 – 2012 гг. – губернатор-председатель Правительства Иркутской области.
В 2013 – 2016 гг. – генеральный секретарь Шанхайской организации сотрудничества (утвержден Решением Совета Глав государств-членов ШОС).
С января 2016 г. – член Совета Федерации ФС России.
В 2017 – 2019 гг. – председатель Комитета по экономической политике.
Ранг Чрезвычайного и Полномочного Посла присвоен Указом Президента Российской Федерации от 18 марта 2014 г. №153.
В соответствии с Распоряжением Правительства РФ (28.12.2018 г.) включен в состав совместной с Республикой Беларусь рабочей группы по интеграции.
30 апреля 2019 года указом Президента Российской Федерации №201 назначен Чрезвычайным и Полномочным Послом Российской Федерации в Республике Беларусь.
19 марта 2021 года Постановлением Председателя Высшего Государственного Совета Союзного государства, Президента Республики Беларусь Александра Лукашенко назначен Государственным секретарем Союзного государства
26.10.2022
Дмитрий Мезенцев посетил программу «Посольство мастерства», приуроченную к 85-летию Белгосфилармонии
26.10.2022
Государственный секретарь посетил детский лагерь «Дубрава», где проходят оздоровление дети Донбасса
25.10.2022
Дмитрий Мезенцев принял участие в VIII Белорусском космическом Конгрессе
10.10.2022
Госсекретарь встретился с ректором Санкт-Петербургского государственного университета
05.10.2022
В Постоянном Комитете Союзного государства состоялась встреча Дмитрия Мезенцева и Инала Ардзинбы
26.09.2022
Дмитрий Мезенцев – о союзных программах, помощи Донбассу и Форуме регионов
25.09.2022
Дмитрий Мезенцев принял участие в открытии постоянной экспозиции БелАЗ на ВДНХ
17.09.2022
Дмитрий Мезенцев принял участие в праздновании Дня народного единства Беларуси