Дмитрий Чернышенко родился 20 сентября 1968 году в Саратове. Окончил Московский государственный технологический университет «Станкин» по специальности «Системы автоматизированного проектирования»с присвоением квалификации «инженер-системотехник».
В 1989 году основал одну из первых в стране студий компьютерной графики «Информатика Маркетинг Сервис». В 1993 году стал соучредителем компании Media Arts – одного из крупнейших в России коммуникационных холдингов, специализирующегося на рекламе и спортивном маркетинге в России, и управлял им в течение 12 лет.
В 2005-2014 годах Дмитрий Чернышенко реализовал проект по подготовке и проведению зимних Олимпийских игр «Сочи 2014». Под его руководством в 2005-2007 годах была успешно реализована заявочная кампания на право проведения зимних Олимпийских игр в России. С 2007 по 2014 годы Дмитрий Чернышенко непосредственно руководил подготовкой и проведением игр в должности президента Организационного комитета XXII Олимпийских зимних игр и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в городе Сочи.
Олимпийские игры «Сочи 2014» признаны самыми успешными в истории зимних Олимпийских игр. В процессе организации игр в Сочи были применены современные инструменты управления, внедрены инновационные решения по обеспечению безопасности. За время подготовки реализовано более 7 тыс. проектов, интегрированы 50 информационных и технологических систем. По ряду параметров игры в Сочи стали рекордными, вызвав небывалый интерес зрителей и СМИ: общая аудитория игр достигла 3,5 млрд человек.
С 2007 года Дмитрий Чернышенко входит в Президиум Совета при Президенте Российской Федерации по развитию физической культуры и спорта.
С 2015 года по 2020 год – генеральный директор и председатель правления АО «Газпром-Медиа Холдинг», крупнейшего медиахолдинга в России и Восточной Европе.
Под руководством Д.Чернышенко компания укрепила позиции ведущего игрока на российском медиарынке и продемонстрировала двузначный рост доходов и более чем двукратный рост операционной прибыли. Существенно расширен бизнес: в состав холдинга входят 144 медиакомпании, в числе которых 9 федеральных телеканалов, 12 спортивных телеканалов, 17 тематических каналов, 10 радиостанций. В компании работают 7689 сотрудников. В рамках стратегии по созданию востребованного национального контента созданы и успешно работают студии для производства кино и телевизионных продуктов. Ряд собственных телевизионных проектов «Газпром-медиа» приобретен международными телевещателями и онлайн-платформами. Холдинг стал лидером в прокате российского кино (кассовые сборы в 2019 году – 6 млрд рублей, доля рынка – 58%) и закрепил за собой статус национального дистрибутора на международных рынках.
В результате инициированной Д.Чернышенко цифровой трансформации созданы новые цифровые продукты. Рекламодатели в формате единого окна получили доступ к спектру цифровых возможностей – интерактивной, мобильной и другим видам рекламы. Среди успешных проектов – запуск цифровой видеоплатформы Premier, которая за год собрала 1,6 млн подписчиков.
В 2019 году создан центр технологических компетенций, который разрабатывает решения для цифровых платформ холдинга,а также компания в области мобильных рекламных технологий на основе больших данных.
С 2014 года по 2020 год – президент и председатель правления Континентальной Хоккейной Лиги, динамично развивающейся на пространстве Евразии. Под его руководством досрочно реализована трехлетняя стратегия КХЛ, направленная на финансовое оздоровление лиги. Сформирована и успешно выполняется единая стратегия развития лиг КХЛ, МХЛ, ЖХЛ на период до 2023 года, которая решает задачи повышения спортивного уровня КХЛ, снижения доли государственного финансирования, укрепления коммерческого потенциала клубов.
21 января 2020 года Указом Президента РФ назначен Заместителем Председателя Правительства Российской Федерации.
Заслуги Дмитрия Чернышенко неоднократно отмечены российскими и международными наградами, среди них Орден«За заслуги перед Отечеством» II степени, Орден Дружбы, Орден Почета, Ордена преподобного Сергия Радонежского II степени и III степени, Золотой Олимпийский орден. Два года подряд Д. Чернышенко входит в список 500 самых влиятельных персон в глобальной медиаиндустрии по версии авторитетного журнала Variety.
Женат, две дочери.