Дмитрий Холодов родился 21 июня 1967 года в подмосковном городе Сергиев Посад. Мать, Зоя Александровна (род. 5 мая 1937), и отец, Юрий Викторович (ум. 10 ноября 2008), были инженерами и работали в ЦНИИ точного машиностроения. Вырос в подмосковном городе Климовске, учился в школе № 5, которая теперь носит его имя. После окончания школы служил в 1983-1985 гг. в морской пехоте. В 1987 г. с отличием окончил Московский инженерно-физический институт (с 2009 года — Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»), работал инженером в ЦНИИ точного машиностроения и корреспондентом на радио в Климовске.
В августе 1992 года стал корреспондентом газеты «Московский комсомолец». Писал о современной российской армии, побывал во многих горячих точках — в Абхазии, Чечне, Азербайджане, на таджикско-афганской границе. Был известен своими публикациями о коррупции в российской армии. В своих материалах он неоднократно подвергал критике министра обороны Павла Грачёва, которого обвинял в причастности к коррупционному скандалу в Западной группе войск.
В одной из публикаций Холодов обвинял некоторых сотрудников ГРУ, ушедших в отставку, в подготовке наёмных убийц для организованных преступных группировок, и даже утверждал, что это ведётся на базе спецназа ГРУ в Чучкове (Рязанская область). Позже выяснилось, что учебные стрельбы и занятия по боевой подготовке действительно проводились для деятелей секты «Аум Синрикё».