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, XXV конкурс имени Андреса Сеговии (Испания) и XLII конкурс имени Франсиско Тарреги (Испания, первый в истории конкурса победитель из России). Лауреат конкурса дирижеров, посвященного 100-летию со дня рождения А. С. Илюхина, в Москве и X Республиканского конкурса юных композиторов в Кишинёве.
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 Artв Сербии, GuitarFoundationofAmericaв США, Виолончельной Биеннале в Нидерландах. 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», Crescendo, «Возвращение», «Музыкальная экспедиция», VIVACELLO, VIVARTEи 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), Филармонический оркестр Баден-Бадена (Германия), камерные оркестры «Солисты Венеции», «Виртуозы Москвы», CamerataS (Корея). Сотрудничал с известными дирижерами, среди которых Владимир Федосеев, Александр Сладковский, Филипп Чижевский, Фабио Мастранджело, Карлос Мигель Прието, Клаудио Шимоне, Али Рахбари, Лео Брауэр, Ноам Авиэль.
Среди партнеров гитариста по камерному ансамблю – Борис Андрианов, Игорь Фёдоров, Екатерина Мочалова, Пётр Лаул, Жиль Апап, Патрик Галуа, Андрей Баранов, Жанин Янсен, Леонард Шрайбер, Сергей Догадин, Эдин Карамазов, Николай Сивчук, Хосе Мария Гальярдо дель Рей, Душан Богданович, Ролан Дьенс, Яманду Коста, квартет Artis и многие другие.
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), Атанаса Уркузунова (Toccatchenitsa), Ефрема Подгайца, Константина Васильева, Матиаса Дюплесси и других.
Дмитрий Илларионов был одним из основателей Московского международного фестиваля «Виртуозы гитары». С 2018 года – художественный руководитель фестиваля «Большие и малые звезды», с 2021 года – Международного конкурса и фестиваля гитаристов имени Фраучи. Куратор фестиваля GuitarMagFest, руководитель «классического» дня фестиваля «Мир гитары» в Калуге.
Доцент Российской академии музыки имени Гнесиных, курирует фонд «Новые имена», проводит мастер-классы в России и других странах. Является членом жюри ведущих мировых конкурсов гитаристов.
Одним из аспектов творчества Дмитрия Илларионова является постоянный поиск новых форматов концертов в сочетании музыки с видеоартом, поэзией и театром. Среди подобных проектов – программа «Satie-видения» с видеопроекцией в режиме реального времени.
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).
