Он родился в Санкт-Петербурге, в семье инженера-электрика Сергея Михайловича Лихачёва. Жили Лихачёвы скромно, но находили возможности не отказываться от своего увлечения — регулярных посещений Мариинского театра, вернее, именно балетных спектаклей. А летом снимали дачу в Куоккале, где Дмитрий приобщился к среде артистической молодежи. В 1914 году он поступил в гимназию, впоследствии сменил несколько школ, так как система образования менялась в связи с событиями революции и Гражданской войны. В 1923 году Дмитрий поступил на этнолого-лингвистическое отделение факультета общественных наук Петроградского университета. В какой-то момент вошел в студенческий кружок под шуточным названием «Космическая академия наук». Участники этого кружка регулярно собирались, читали и обсуждали доклады друг друга. В феврале 1928-го Дмитрий Лихачёв был арестован за участие в кружке и осужден на 5 лет «за контрреволюционную деятельность». Следствие длилось полгода, после чего Лихачёв был отправлен в Соловецкий лагерь.

Опыт жизни в лагере Лихачёв назвал потом своим «вторым и главным университетом». Он сменил на Соловках несколько видов деятельности. Например, работал сотрудником Криминологического кабинета и организовывал трудовую колонию для подростков. «Из всей этой передряги я вышел с новым знанием жизни и с новым душевным состоянием, — рассказывал Дмитрий Сергеевич в интервью. — То добро, которое мне удалось сделать сотням подростков, сохранив им жизнь, да и многим другим людям, добро, полученное от самих солагерников, опыт всего виденного создали во мне какое-то очень глубоко залегшее во мне спокойствие и душевное здоровье».