Дмитрий Илларионов родился в 1979 году в Кишинёве. Окончил Академическое музыкальное училище при Московской государственной консерватории имени П. И. Чайковского (класс Натальи Дмитриевой), Российскую академию музыки имени Гнесиных и ассистентуру-стажировку РАМ (класс профессора Александра Фраучи), затем аспирантуру Высшей школы музыки в Карлсруэ (Германия). В настоящее время – доцент РАМ имени Гнесиных.
Победитель и лауреат 25 международных конкурсов гитаристов в США, Испании, Польше, Италии, Израиле и других странах. Среди них – конкурс Гитарной ассоциации Америки (GFA) в Майами (США, 2002), XXV конкурс имени Андреса Сеговии (Испания, 2009) и XLII конкурс имени Франсиско Тарреги (Испания, 2008, первый в истории конкурса победитель из России). Лауреат конкурса дирижеров, посвященного 100-летию со дня рождения А. С. Илюхина, в Москве (2000) и X Республиканского конкурса юных композиторов в Кишинёве (1990).
Гастролировал в Европе, Азии, Америке, выступал в таких престижных залах, как Дворец изящных искусств BOZAR в Брюсселе, Симфони-холл в Осаке, Историческая сцена Большого театра РФ. Принимал участие в фестивале в Шлезвиг-Гольштейне и симпозиуме гитары в Изерлоне (Германия), фестивалях в Анси и имени Пабло Казальса в Праде (Франция), Guitar Art в Сербии, Guitar Foundation of America в США. Первый гитарист-солист, выступивший на фестивале фонда «Орфеум» (Швейцария) и Фестивале камерной музыки в Утрехте. Многократно принимал участие в российских фестивалях «Декабрьские вечера Святослава Рихтера», «Крещендо», «Возвращение», «Мир гитары» (Калуга), «Поколение звезд», «Музыкальная экспедиция», Vivacello, Vivarte и других.
Выступал с ведущими коллективами разных стран, в числе которых Госоркестр России имени Е. Ф. Светланова, Большой симфонический оркестр имени П. И. Чайковского, Филармонический оркестр Сан-Антонио (США), камерныеоркестры «Солисты Венеции», «Виртуозы Москвы», Camerata S (Корея). Сотрудничал с известными дирижерами, среди которых Владимир Федосеев, Александр Сладковский, Фабио Мастранджело, Лео Брауэр, Ноам Авиэль. Среди партнеров гитариста по ансамблю – Борис Андрианов, Патрик Галуа, Андрей Баранов, Жанин Янсен, Леонард Шрайбер, Сергей Догадин, Эдин Карамазов, Николай Сивчук, квартет Artisи многие другие.
Наряду с академическими концертами принимает участие в джазовых проектах и программах, объединяющих разные виды искусства (видеоарт, поэзия, театр), играет на лютне, шести- и семиструнной гитаре. Выступал с Александрой Пахмутовой в новогоднем концерте на телевизионном канале «Культура», на фестивалях «Царь-Джаз» в Москве, Геленджике и Сочи. Среди партнеров по сцене – пианист Денис Мацуев, контрабасист Андрей Иванов, гитарист Алексей Кузнецов, Биг-бэнд Георгия Гараняна, ансамбль New York Voices, рок-звезды Евгений Маргулис и Сергей Мазаев.
Дмитрий Илларионов – первый исполнитель ряда сочинений современных авторов, в том числе посвященных ему опусов Никиты Кошкина (Concerto grosso для гитары с оркестром), Анджело Джилардино (концерт «Утренняя звезда» для гитары и виолончели с оркестром памяти Николая Рериха), Алексея Рыбникова (сюита «Путешествие во времени» для гитары с оркестром), произведений Сергея Руднева, Андрея Зеленского (Passacaglia-misterioso), Ефрема Подгайца, Атанаса Уркузунова (Toccatchenitsa).
Один из основателей Международного фестиваля «Виртуозы гитары» в Москве, руководитель «классического» дня Международного фестиваля «Мир гитары» в Калуге, арт-директор Международного фестиваля гитары в Новосибирске, основатель и руководитель музыкального фестиваля под открытым небом в Тульской области «Большие и малые звезды», где юные музыканты выступают на одной сцене с профессиональными артистами. С 2021 года выступает в качестве куратора фестиваля GUITARMAG. Художественный руководитель Международного конкурса и фестиваля гитаристов имени А. К. Фраучи в Москве. Член жюри конкурсов GFA в США, имени Александра Фраучи в Москве, конкурса в Гориции (Италия, 2016, председатель).
Записал сольные диски на фирмах Naxos, Doberman, Daminus. Дуэтный альбом с Борисом Андриановым (Delos) вошел в лонг-лист номинантов премии «Грэмми» в разделе «камерный ансамбль». Участвовал в записи саундтрека фильма «Пассажирка» Станислава Говорухина; снимался в документальном фильме «Битва за гитару» (ТК «Культура», 2012) и художественном музыкальном фильме «Дух Соноры» Алексея Рыбникова (2016).
Играет на струнах Savarez.
