Дмитрий впервые появился на экране в детском фильме «Выше радуги» Георгия Юнгвальд-Хилькевича в 1986 году. Картина была нетипичной для того времени: прекрасная музыка и волшебный сюжет – это все создавало атмосферу радостного праздника. Зрителей больше всего удивлял главный герой – школьник Алик, которого сыграл юный Марьянов. Он был непохож на своих сверстников – одевался странно, странно пел и имел странную прическу.
Зрители вновь увидели Диму спустя два года: теперь парень был в абсолютно противоположной роли. В психологической драме «Дорогая Елена Сергеевна» Эльдара Рязанова он сыграл подростка, пытающегося достать ключ от двери кабинета, где хранятся работы, чтобы внести изменения в них.
Однако многим зрителям молодой человек полюбился по роли Де Сен-Люка в экранизации романа «Графиня де Монсоро» Александра Дюма.
Высокий (рост актера 179 см), крепкого телосложения актер с суровым, но одновременно открытым лицом быстро закрепил за собой определенный типаж. Как правило, герои Марьянова – люди сильные, и это не зависит от их профессии.
В 2012 году Марьянов приступил к работе над сериалом «Личная жизнь следователя Савельева», где сыграл обозначенного в названии Савельева.
В 2015 году актер сыграл одну из главных ролей в комедийной мелодраме «Муж по вызову».
В 2016 году он появился на сцене в экспериментальном спектакле «Нереальное шоу». В постановки принимали участие только сам Марьянов и Любовь Толкалина, а все действие происходило в небольшом пространстве, ограниченном гранями куба. Зрителям очень понравилась игра актеров, Марьянов и Толкалина вдвоем и без реквизита и сложных декораций без труда держали внимание зала. Но сюжет постановки многих театралов оставил недовольными.
Этот год принес в копилку актера и съемки в двух криминальных драмах «Взлом» и «Вышибала». В обеих картинах Марьянов сыграл главные роли. Сериал «Вышибала» зрители увидели уже летом 2016 года, а премьера двухсерийного фильма взлом состоялась только в феврале 2017.
Первое серьезное чувство охватило актера во время учебы в училище имени Щукина, где он влюбился в однокурсницу Татьяну Скороходову. Уже в те годы девушка была избалована вниманием кавалеров – для нее не существовали юноши-ровесники, но Дмитрий Марьянов стал исключением. Первый раз они встретились глазами в ходе занятий по сценическому движению, но только спустя полгода начался их роман: юный Дима долго ухаживал, неумело и неуклюже.Любовь у Скороходовой и Марьянова длилась 3 года. Окончив учебу в училище, Дима хотел еще погулять, а Таня желала определенности. Расставание пары прошло без скандалов.
Дмитрий познакомился с бывшей манекенщицей Ольгой Аносовой в 1994 году. Девушка вернулась с модных показов из Франции, поступила во ВГИК на режиссерский факультет. Влюбленные жили вместе, но виделись редко: большую часть своего времени Аносова проводила в учебных аудиториях и на съемках клипов, а Марьянов занимался постановками «Ленкома». Даже беременность Оли не подтолкнула Дмитрия к тому, чтобы узаконить отношения. После рождения крохи Даниила все хлопоты он возложил на плечи своей гражданской супруги. В один момент Аносова не выдержала и прогнала Марьянова и из квартиры, и из своей жизни.
В 2007 году на шоу «Ледниковый период» артист встретился с Ириной Лобачевой. Спортсменке предстояло обучить Дмитрия фигурному катанию: они сутками пропадали на тренировках. Старания пары не прошли даром – им удалось выбиться в лидеры проекта. Очень скоро между Димой и Ирой вспыхнул роман. После официального развода спортсменки с Ильей Авербухом Марьянов переехал к Лобачевой, поладил с ее сыном. Постепенно пара перестала выходить в свет. Появились слухи об их разрыве, которые получили подтверждение лишь в 2013 году, когда на день рождения актера Гоши Куценко Дмитрий Юрьевич пришел с Ксенией Бик, которую назвал своей невестой.
Свадьба Бик и Марьянова состоялась 2 сентября 2015 года. Пара расписалась в одном из столичных ЗАГСов. Вскоре после этого супруги шокировали прессу. Оказалось, что совместные дети у Марьянова и его жены уже есть. Как утверждает сама Бик, ее дочка хоть и родилась задолго до свадьбы, но все же является родным ребенком Дмитрия. Марьянов больше не скрывает своего отцовства, он не только берет жену и дочь на светские мероприятия, но и организовал совместное выступление с ними на сцене Тульского кинофестиваля.
15 октября 2017 года СМИ сообщили о скоропостижной смерти Дмитрия Марянова. Актер умер по дороге в больницу, куда его решили доставить после резкого ухудшения состояния. По словам друзей, артист почувствовал себя плохо по дороге с дачи. По пути в больницу подмосковной Лобни врачи не смогли реанимировать актера.
Предположительно, причина смерти Дмитрия Марьянова - тромбоэмболия.