Родился в Ленинграде 21 мая 1954 г.
В 1976 г. окончил кафедру геоморфологии
географического факультета ЛГУ по специальности «геоморфология» и с этого же года начал свою работу в ААНИИ в отделе географии полярных стран (ОГПС). Прошёл путь от младшего до ведущего научного сотрудника. В настоящее время – ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной географии и гляциологии ОГПС.
Стал участником и организатором более 50 экспедиций. Занимался исследованиями геоморфологии устьевых областей сибирских рек, работал на арктических архипелагах, исследовал плато Путорана, Хибины, Полярный Урал, Горло Белого моря. С 1993 г. участвует в совместных российско-германских исследованиях в полярных регионах Земли. Принимал участие и в антарктических экспедициях – на оазисы Бангераи Эймери, массив Фишер, Холмы Ларсеманна, участвовал в Циркумантарктической экспедиции (2016–2017).
В 1986 г. защитил кандидатскую диссертацию «Геоморфологические процессы в перигляциальных условиях: На примере архипелага Сев. Земля», а в 2005 г. – докторскую диссертацию «Пассивное оледенение Арктики и Антарктиды» и стал доктором географических наук.
Кроме работы в ААНИИ с 1995/1996 по 2016 г. преподавал на кафедре геоморфологии географического факультета – Института наук о Земле СПбГУ. В 2006 г. стал профессором. Работая в университете, он руководил ежегодной учебной практикой для студентов 2–3 курсов (в Приладожье и на Соловецких островах).
Дмитрий Юрьевич – автор более 160 публикаций, в том числе собственных («Пассивное оледенение Арктики и Антарктиды» (2006)) и коллективных монографий (с В.М. Макеевым – «Архипелаг Северная Земля: оледенение, история развития природной среды» (1995), в составе коллектива учёных – «Происхождение и развитие дельты реки Лены» (2013), «Изменения климата полярных областей Земли за последние 10000 лет» (2018) и «Палеоклимат полярных областей Земли в голоцене» (2019)). Он также участвовал в издании атласов Антарктики, Чукотки и «Геоморфологического атласа Антарктики» (2011), был в числе соавторов листа Государственной геологической карты Российской Федерации (по дельте р. Лена).
В 1990–2010-е гг. Д.Ю. Большиянов руководил работами по шести грантам РФФИ и нескольких международных исследовательских проектов в области изучения Арктики и Антарктики.
За вклад в изучение геоморфологии полярных стран Д.Ю. Большиянову неоднократно объявлялись благодарности (в т.ч. была вручена «Почётная грамота Росгидромета» в 2006 г. диплом лауреата премии Санкт-Петербургского государственного университета «За научные труды» 2014 г.), он имеет ведомственные знаки отличия: знак «Почетному полярнику» (2002), «Почетный работник гидрометеослужбы России» (2016).
Д.Ю. Большиянов в течение многих лет также является председателем комиссии геоморфологии и палеогеографии РГО.