D. D. Maksutov sinh năm 1896 tại thành phố Odessa (có tài liệu ghi là thành phố Nikolayev) thuộc Đế quốc Nga[1][2]. Ông mang cùng tên với cha mình, đại tá hải quân Dmitriy Dmitriyevich Maksutov; còn mẹ ông, bà Yelena Pavlona Maksutova (họ thời chưa kết hôn là Yefremova) là một nội trợ. Dòng họ Maksutov là một dòng quý tộc có danh tiếng: ông cố của D. D. Maksutov - Pyotr Ivanovich Maksutov - được phong chức Vương công do thành tích chiến đấu dũng cảm trong quân đội[3]. Ông nội của D. D. Maksutov - chuẩn đô đốc Dmitriy Petrovich Maksutov - là một anh hùng trong chiến dịch phòng thủ Petropavlovsk và là thống đốc cuối cùng của vùng Alaska trước khi vùng này bị bán cho Hoa Kỳ[4][5]. Do người cha thường xuyên phải công tác xa nhà trong hải quân, việc giáo dục cho cậu bé D. D. Maksutov thường do người mẹ đảm trách[6].

D. D. Maksutov bắt đầu có hứng thú với thiên văn học từ lúc còn nhỏ. Năm 12 tuổi ông tự chế một chiếc kính viễn vọng 7,2 inch với đường kính 180mm, đó là chiếc kính viễn vọng đầu tiên do Maksutov chế tạo. Trong thời gian này ông cũng được tiếp xúc với các bài viết của nhà quang học A. A. Chikin (1865–1924) về việc sản xuất các kính viễn vọng. Một chiếc kính viễn vọng khác đường kính 210mm cũng được Maksutov chế tạo trong thời gian ông còn là học sinh trung học. Năm 15 tuổi D. D. Maksutov trở thành hội viên của Hội Thiên văn Nga hoạt động tại Odessa[7].

Theo truyền thống gia đình, D. D. Maksutov theo học trường Thiếu sinh Hải quân Odessa. Thiên văn học không phải là trọng tâm của trường, nhưng khuôn viên trường cũng có một đài thiên văn với chiếc kính viễn vọng 175mm cùng với các buổi học dành cho sinh viên môn vũ trụ học. Năm 1913 Maksutov tốt nghiệp và ông tiếp tục theo học tại trường Kỹ thuật Quân sự Nikolayev tại kinh đô Sankt-Peterburg trong vòng một năm rưỡi và tốt nghiệp với cấp bậc Thiếu úy (Подпоручик). Sau đó ông tham gia một khóa học 3 tháng tại trường huấn luyện sĩ quan điện báo vô tuyến.

Năm 1915 Maksutov tham gia Thế chiến thứ nhất tại mặt trận Kavkaz, đứng đầu một trạm thông tin. Trong chiến đấu ông lập nhiều quân công, được thăng hàm trung úy kỹ thuật và tặng thưởng nhiều huân huy chương[6]. Năm 1916 ông tình nguyện theo học trường đào tạo phi công ở Tblisi nhưng không lâu sau đó (tháng 12 năm 1917), máy bay của Maksutov gặp nạn và bị rơi trong một đợt bay huấn luyện. Ông may mắn sống sót nhưng bị thương nặng, phải nằm viện một thời gian rất dài, và xuất viện vừa lúc Cách mạng Nga năm 1917 bùng nổ[3]. Rời Tbilisi, Maksutov lên kế hoạch vượt biên, đầu tiên là tới vùng Sibir rồi từ đó qua Mãn Châu và Trung Hoa để trốn sang Hoa Kỳ, mong có cơ hội làm việc tại Đài thiên văn Mount Wilson, nơi mà hệ thống kính viễn vọng được thiết kế và lắp đặt bởi nhà thiên văn học/quang học nổi tiếng George Willis Ritchey. Maksutov đến được Cáp Nhĩ Tân vào tháng 1 năm 1918, tuy nhiên tại đây ông bị phát hiện dùng giấy tờ giả và bị bắt giam 1 tháng. Ông cư trú nửa năm ở Cáp Nhĩ Tân, sống bằng làm thuê các việc lặt vặt, rồi buộc phải trở về nước năm 1919 vì lý do sức khỏe và tài chính. Tại Nga ông làm công chức, rồi bị gọi nhập ngũ, dự tính phục vụ trong đơn vị điện báo vô tuyến nhưng việc nhập ngũ bị gián đoạn trước khi ông kịp phục vụ trong quân đội.

Trong thời gian này, cuộc chiến giữa Hồng quân - Bạch vệ diễn ra khốc liệt và gây ra nhiều ảnh hưởng đến gia đình Maksutov. Cha và em trai Konstantin về phe Bạch vệ chống lại Hồng quân và buộc phải đào tẩu khỏi đất nước - đầu tiên là sang Pháp, sau sang Hoa Kỳ định cư ở Long Island. Riêng mẹ của Makstutov vẫn ở lại Odessa, tuy nhiên ít năm sau này ông mới biết là mẹ mình không chạy ra nước ngoài như cha và em trai.[3]

Maksutov chọn con đường khác với cha mình. Năm 1920 ông tham gia chiến đấu trong Hồng quân và theo học ngành Hóa học tại Đại học Bách nghệ Tomsk. Ông vừa học vừa tham gia công tác giảng dạy - thời kỳ này nhà nước Xô Viết đang gặp phải vấn đề thiếu hụt giáo viên nghiêm trọng. Trong thời gian này, một thầy giáo của Maksutov do đánh giá cao tài năng của cậu sinh viên trẻ nên đã tiến cử Maksutov tới D. S. Rozhdestvenskiy, người sáng lập Viện Quang học Quốc gia (GOI). Nhờ vậy, Maksutov đã được bổ nhiệm vào làm việc trong Viện dưới sự hướng dẫn của A. A. Chikin - vốn được mệnh danh là "nhà bảo trợ" cho những người nghiên cứu kính thiên văn Xô Viết thời đó. Tuy nhiên, năm 1921 Maksutov phải nghỉ làm để về Odessa chăm sóc người mẹ đang bệnh. Từ năm 1921 đến 1927 Maksutov dạy vật lý và toán tại trường quân sự Odessa. Từ năm 1927 đến 1930 ông làm việc tại Viện nghiên cứu Vật lý thuộc Đại học Quốc gia Odessa, ở đây Maksutov đã tổ chức một cơ quan chuyên chế tạo kính thiên văn cho Viện.[3]

Tháng 2 năm 1930, một đợt "thanh trừng" quét qua Odessa và Maksutov trở thành một trong số những nạn nhân. Nhà khoa học miêu tả đây là một giai đoạn tồi tệ trong đời mình, vì những người xung quanh cứ bị bắt giam mà không qua xét xử, và hầu như những ai bị nghi ngờ đều chịu án tử hình. Tuy nhiên, sau 1 tháng tạm giam, D. D. Maksutov được thả mà không bị quy kết tội trạng nào. Tháng 11 năm 1930 ông trở lại Viện Quang học Quốc gia[3] dưới chức vụ trưởng nhóm nghiên cứu vật lý, công tác tại bộ phận nghiên cứu và chế tạo dụng cụ quang học thiên văn mà sau này trở thành cái nôi của nhiều nhà quang học tương lai của Liên Xô[3]. Năm 1933 ông là người đứng đầu phòng thí nghiệm vật lý, làm việc dưới trướng của nhóm nghiên cứu quang học/thiên văn học do V. P. Linnik lãnh đạo. Năm 1935, Ủy ban Chứng nhận cấp cao (Высшая аттестационная комиссия) công nhận Maksutov là thành viên chính thức của Viện Quang học.

Công việc tại Viện không hoàn toàn suôn sẻ. Dự án chế tạo vật kính 32 inch do Maksutov tiến hành gặp nhiều khó khăn, một phần nguyên do là mối quan hệ xấu của ông với các cộng sự - những người có thành kiến nặng nề với xuất thân "quý tộc" của Maksutov. Tháng 3 năm 1938 ông lại bị bắt giam với cáo buộc làm gián điệp cho Nhật, phá hoại, và cố tình kéo dài dự án chế tạo thấu kính viễn vọng. Tuy nhiên sau đó vụ án bị hủy; tháng 12 Maksutov được thả và trở lại làm việc ở Viện.[3] Năm 1941 ông tốt nghiệp Tiến sĩ (Доктор наук) Khoa học Công nghệ[7].

Ngày 22 tháng 6 năm 1941, phát xít Đức tấn công xâm lược Liên Xô. Trụ sở của Viện Quang học di tản sang thành phố Yoshkar-Ola và Maksutov bắt đầu làm việc ở nơi này từ tháng 9. Năm 1944 Maksutov phong làm giáo sư[7]. Từ tháng 8 năm 1944 đến tháng 3 năm 1945 ông được cử tới Viện Hàn lâm Khoa học để xác định tên gọi và các chỉ tiêu trong việc thiết kế các công cụ thiên văn học. Sau chiến tranh, năm 1946 ông được bầu làm viện sĩ thông tấn của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô[7], làm việc trong bộ phận Vật lý và Toán học. Từ năm 1952 ông là người đứng đầu Khoa Công cụ Thiên văn của Đài thiên văn Chính của Viện hàn lâm Khoa học Xô Viết (tức Đài Thiên văn Pulikovo).

Năm 1962 D. D. Maksutov được bầu làm đại biểu Xô Viết thành phố Leningrad.

Dmitriy Dmitriyevich Maksutov mất ngày 12 tháng 8 năm 1964 tại Leningrad. Ông được mai táng tại nghĩa trang của đài thiên văn Pulikovo.