Dmitry Ulyanov diplomou-se pelo Conservatório Nacional dos Urais em 2000. Nesse ano recebeu o Grande Prémio do Concurso Internacional de Canto da UNESCO, em Astana, no Cazaquistão. Em 2016 recebeu o prémio Casta Diva pela interpretação de Khovansky, em Khovanchtchina de Mussorgsky. Em 2019 foi distinguido como Artista de Mérito da Federação Russa. Em 1998 ingressou no Teatro de Ópera Kolobov Novaya, em Moscovo. Desde 2000, é solista do Teatro Musical Académico Stanislavsky e Nemirovich-Danchenko, em Moscovo.

O repertório de Ulyanov é extenso, incluindo, entre outros papéis: Kutuzov (Guerra e Paz de Prokofiev), Raimondo (Lucia di Lammermoor), Padre Guardiano (La Forza del Destino), Golova (Noite de Maio de Rimsky-Korsakov), Don Basilio (O barbeiro de Sevilha), Don Alfonso (Così fan tutte), Gremin (Evgeni Onegin), Rocco (Fidelio), Colline (La bohème), Hermann (Tannhäuser), Ramfis (Aida) e o papel principal em Don Giovanni. Depois da sua estreia em 2011 no Teatro Real de Madrid, no papel de Marseille, em Les Huguenots de Meyerbeer, começou a apresentar-se com regularidade neste palco, bem como noutros teatros em Espanha. Em 2009 estreou-se no Teatro Bolshoi de Moscovo (Wozzeck de Berg), em 2015 no Festival d’Aix-en-Provence (Rei René, em Iolanta de Tchaikovsky) e em 2017 no Festival de Salzburgo, onde interpretou Boris, em Lady Macbeth de Chostakovitch, papel que repetiria na sua estreia no Teatro di San Carlo, em Nápoles, no ano seguinte.