Действительный член (1972), член-корреспондент (1964) АН СССР, доктор биологических наук (1973). Биолог, генетик. Специалист в области общей биологии, генетики, теории эволюции и селекции животных.

В Сибирском отделении с 1958 г.: зав. отделом генетики животных, зам. директора (1958–1959), и.о. директора, затем директор Института цитологии и генетики СО АН СССР (1959–1985), зав. кафедрой общей биологии (1962–1970) и кафедрой цитологии и генетики Новосибирского государственного университета (с 1970).

Награжден государственными орденами и медалями.

Учреждена премия им. Д. К. Беляева для молодых ученых СО РАН. В 2006 г. его имя присвоено Ивановской государственной сельскохозяйственной академии.