Дмитрий Степанович Сергеев родился 30 октября 1922 года в деревне Аннинск Благовещенского района Республики Башкортостан. До войны работал заведующим Старо-Надеждинским сельским клубом. В 1941 году был призван в Советскую Армию Благовещенским райвоенкоматом, а с октября 1942 года участвовал в боях Великой Отечественной войны.
В ночь на 2 февраля 1945 года гвардии сержант Сергеев, командир орудия 157-го гвардейского артиллерийского полка 74-й гвардейской стрелковой дивизии 8-й гвардейской армии 1-го Белорусского фронта, скрытно установил своё орудие напротив укреплённого здания в Познани и с рассветом открыл точный огонь, что позволило нашей пехоте захватить этот важный опорный пункт. 20 февраля 1945 года он первым с расчётом ворвался в городскую крепость и подавил вражеские огневые точки.
За проявленные мужество и героизм Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 мая 1945 года Дмитрию Степановичу Сергееву было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда".
После войны, с 1945 года, лейтенант Сергеев находился в запасе и вернулся на родину в Башкирию. Он получил образование, окончив в 1948 году 3 курса Башкирского государственного педагогического института, а в 1964 году - Уфимский авиационный техникум. В послевоенные годы работал на различных ответственных должностях: был директором Подымаловской 7-летней школы Уфимского района, секретарём партийной организации и заместителем директора совхоза "Шемяк" Уфимского района, затем шлифовщиком, инженером-технологом, начальником отдела сбыта завода п/я № 210 в Уфе, старшим экономистом по труду на Уфимском ордена Трудового Красного Знамени заводе аппаратуры связи (ныне - Башкирское производственное объединение "Прогресс").
Скончался Дмитрий Степанович Сергеев 13 марта 2003 года.
Награды: медаль «Золотая Звезда»; орден Ленина; орден Отечественной войны I степени; орден Славы 3-й степени; медаль «За отвагу»; медаль «За оборону Сталинграда».