Из дворян. На службу записан сержантом в 1782 г. в лейб-гвардии Преображенский полк. В 1793 г. был выпущен секунд-майором в Мариупольский конный полк. Ранен при штурме Праги(предместье Варшавы). В 1796 г. командовал эскадроном Таганрогского драгунского полка во время Персидского похода. В 1801 г. назначен шефом Владимирского драгунского полка, затем шефом Грузинского гусарского полка. Участвовал в битве под Аустерлицем. Произведён в генерал-майоры (1807 г.). В 1807 г. сражался с французами при Гутштадте, Анкендорфе, Гейльсберге, Фридланде. Воевал со шведами в 1808-1809гг. В 1810 г. вышел в отставку и вновь принят на службу 5 июля 1812 г. Сначала командовал Калужским ополчением, затем-гвардейской кавалерийской бригадой. Сражался под Малоярославцем и Красным. После взятия Кенигсберга 1 января 1813 г. преследовал с боями врага до Вислы. Принимал участие в осаде Гамбурга. Высочайшим приказом уволен по болезни 2 апреля 1816 г. с мундиром. Дмитрий Дмитриевич женился (в 1811 г.) на внучке владельца Выксунских заводов Ивана Родионовича Баташева  Дарье Ивановне. С 1821 г. заводы стали называться шепелевскими.  В первую очередь он занялся производством. В 1818-1824 гг. он полностью реконструировал Сноведской, Верхне-Выксунский и Железницкий заводы и организовал производство паровых машин и позднее пароходов. Реконструировал господский парк в Выксе, построил новое здание театра, богадельню, дом медиков, перестроил больницу для рабочих (отдельные корпуса для женщин и мужчин с зимним садом). Награждён орденами Святого Георгия 3-й и 4-й степени, Святой Анны 1-й степени, Владимира 2-й степени, крестом ордена Святого Иоанна Иерусалимского, золотым крестом за взятие Праги, золотой саблей, украшенной бриллиантами, золотой шпагой «За храбрость». В Военной галерее Зимнего Дворца в Петербурге хранится портрет генерала Д. Д. Шепелева кисти Джорджа Доу. В 1883 г. был освящен Храм Христа Спасителя в Москве. На его стенах по периметру на мраморных досках размещены описания сражений, списки имён героев Отечественной войны, в том числе имя  Дмитрия Дмитриевича Шепелева. Умер 23.04. (09.05) 1841 г.