Родился в городе Омск (Россия) в семье военного чиновника. В 1898 г. окончил Сибирский кадетский корпус, в 1911 г. — Николаевскую военно-инженерную академию. Участник русско-японской войны 1904—1905 гг. (награждён пятью орденами: Святого Владимира IV степени, Святого Станислава II и III степени, Святой Анны III и IV степени). В 1911—1914 гг. руководил строительством и реконструкцией фор­тов Брестской крепости. Во время Первой мировой: войны на Юго-Западном фронте. С декабря 1917 г. отрядный инженер Красной гвардии в Могилеве - Подольском. Во время Гражданской войны инженер Коллегии по инженерной обороне государства. В 1920—1930-е гг. председатель Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления Красной Армии, преподаватель Военной академии им. М. В. Фрунзе, академии Генерального штаба (профессор с 1938 г.). Опубликовал более 100 научных трудов по военно-инженерному искусству и военной истории. Его статьи и пособия по теории инженерного обеспечения боя и операции, тактике инженерных войск были основными материалами по подготовке командиров Красной Армии в предвоенные годы. Перед началом Великой Отечественной войны Карбышев инспектировал строительство военных укреплений в Западном особом военном округе. 21 июня 1941 г. генерал находился в штабе 3-й армии в Гродно, которая вместе с 10-й армией приняла на себя первые мощные удары фашистской военной машины. 8 августа он готовил переправу отряда через Днепр севернее Могилёва. Одна из авиабомб взорвалась неподалёку от места, где находился Карбышев. Тяжело контуженный, он попал в плен. Был узником немецких концентрационных лагерей Замосць, Хаммельбург, Флоссенбюрг, Майданек, Аушвиц, Заксенхаузен и Маутхаузен, где, несмотря на свой возраст, был одним из активных руководителей лагерного движения Сопротивления. В концлагере Маутхаузен (Австрия) Карбышев в числе других заключённых был после зверских пыток облит водой и заживо заморожен, позднее там же сожжено его тело.

Награждён орденами: Ленина, Красного Знамени, Красной Звезды, 3 медалями.

Именем Д. М.Карбышева в 1974 г. названа улица в Первомайском районе.

На улице расположен отдел ЗАГС Администрации Первомайского района.

Перед началом Великой Отечественной войны Карбышев Дмитрий Михайлович инспектировал строительство военных укреплений в Западном особом военном округе. 21 июня 1941 г. генерал находился в штабе 3-й армии в Гродно, которая вместе с 10-й армией приняла на себя первые мощные удары фашистской военной машины. 8 августа он готовил переправу отряда через Днепр севернее Могилёва.

Карбышев Дмитрий Михайлович // Их именами названы... Улицы Минска: энциклопедический справочник / [редколлегия: В. В. Андриевич (главный редактор) и др.]. — Минск : Беларуская Энцыклапедыя, 2014. — С.170.

Карбышев Дмитрий Михайлович // Герои страны: Международный патриотический интернет-проект [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: https://warheroes.ru/hero/hero.asp?Hero_id=295. — Дата обращения: 23.10.2023.

Карбышев Дмитрий Михайлович // Минск: энциклопедический справочник / Белорусская Советская Энциклопедия ; [редколлегия: И. П. Шамякин (главный редактор) и др.]. — Изд. 2-е, дополненное и переработанное. — Минск: Белорусская Советская Энциклопедия, 1983. — С. 185.

Карбышев Дмитрий Михайлович // Республика Беларусь: энциклопедия: [в 6 т.] / редколлегия: Г. П. Пашков (главный редактор  [и др.]. — Минск: Беларуская энцыклапедыя, 2006. — Т. 3. — С. 884.