Родился 17 октября (30 октября) 1908 г. в г. Самара; русский. В 1927 г. окончил профтехникум в г. Макарьев, в 1934 г. — Ленинградский военно-механический институт.
В 1922 г. добровольцем вступил в Красную Армию, служил рядовым. После демобилизации в 1923 г. прошел путь от слесаря до директора завода.
В годы Великой Отечественной войны — нарком вооружения СССР (1941 — 1946 гг.).
После войны — министр вооружения СССР (1946 -1953 гг.), министр оборонной промышленности СССР (1953—1957 гг.).
В 1955 г. в Министерстве обороны принято решение министра обороны СССР "...считать состоящим на действительной военной службе, со дня присвоения ему воинского звания с прикомандированием к Министерству оборонной промышленности СССР".
С 1957 г. по 1963 г. — заместитель Председателя Совета Министров СССР, с 1963 г. по 1965 г. — первый заместитель Председателя Совета Министров СССР, Председатель ВСНХ СССР, с 1965 г. по 1976 г. — секретарь ЦК КПСС, с 1976 г. — Министр обороны СССР.
Д.Ф. Устинов — Герой Советского Союза (27.10.1978 г.), дважды Герой Социалистического Труда (1942 г., 1961 г.). Он награжден 11 орденами Ленина, орденом Суворова I степени, орденом Кутузова I степени, 16 медалями, а также орденами и медалями иностранных государств. Д.Ф. Устинов — лауреат Ленинской (1982 г.) и Государственной премий (1953 г., 1983 г.).
Воинские звания: генерал-лейтенант-инженер артиллерийской службы -присвоено 24 января 1944 г., генерал-полковник-инженер артиллерийской службы — 18 ноября 1944 г., генерал армии — 29 апреля 1976 г., Маршал Советского Союза — 30 июля 1976 г.
Член КПСС с 1927 г., член ЦК КПСС с 1952 г., член Политбюро ЦК КПСС с 1976 г., депутат Верховного Совета СССР 2, 4 — 10-го созывов.
Умер 20 декабря 1984 г. Похоронен на Красной площади в Москве.