Димитър Стоянов е роден на 28 октомври 1968 г. в Свиленград.

През 1986 г. завършва Математическа гимназия в Хасково. В периода 1986-1991 г. продължава образованието си във Висшето военновъздушно училище – Долна Митрополия. През 2001 г. завършва Командно-щабната академия на Военната академия „Г. С. Раковски”. Възпитаник е и на Военновъздушния колеж „Максуел”, САЩ.

Димитър Стоянов започва военната си кариера като техник в изтребителен авиационен полк в Узунджово. Преминал е през редица командно-инженерни длъжности, последната от които е заместник-командир по авиационна техника и въоръжение в Трета изтребителна авиобаза "Граф Игнатиево". От 2009 г. е началник на щаб в авиобазата. През периода 2013 – 2016 г. заема различни длъжности в Командването на Военновъздушните сили на Република България, последната от които е началник на щаба на ВВС.

С указ №44 от 23 януари 2017 г. е назначен за главен секретар на президента Румен Радев. Във втория мандат на президента Радев е назначен за главен секретар с указ №10 от 22 януари 2022 г. 

На 2 август 2022 г. е назначен от президента за служебен министър на отбраната в кабинета на Гълъб Донев.