Дмитрий Юрьевич Холодов родился 21 июня 1967 года в подмосковном Загорске (ныне Сергиев Посад). Вскоре его семья переехала в подмосковный город Климовск, где прошли детство и юность Димы. После школы он был призван в армию и прошел службу в морской пехоте.
После обучения в Московском инженерно-физическом институте, который Холодов окончил с отличием, он работал инженером в ЦНИИ точного машиностроения в родном Климовске. Позднее Дмитрий стал корреспондентом местного радио и городской газеты.
Яркий и неординарный журналистский талант привел его в 1992 году в газету «Московский Комсомолец», где он стал корреспондентом. Холодов писал о современной армии, побывал во многих «горячих точках» – в Абхазии, Чечне, Азербайджане, на таджикско-афганской границе, разрабатывал тему злоупотреблений среди военных.
Журналист был известен своими публикациями о коррупции в российской армии. В своих материалах он неоднократно подвергал критике министра обороны России Павла Грачёва. Журналист обвинил министра в причастности к коррупционному скандалу в Западной группе войск.
17 октября 1994 года Дмитрий Юрьевич Холодов погиб в Москве на рабочем месте в редакции газеты от взрыва самодельной мины-ловушки, которая находилась в портфеле-дипломате, переданном ему неизвестным.
По свидетельству коллег, Дмитрий считал, что в дипломате находятся документы о нелегальной торговле оружием. Он получил его в камере хранения на Казанском вокзале. Смерть, по заключению экспертов, наступила в результате сильнейшего травматического шока и моментального обескровливания.
В ходе следствия была установлена группа лиц, которой было предъявлено обвинение в организации и совершении убийства журналиста. По версии следствия, убийство организовали офицеры ВДВ России. Но в 2005 году суд оправдал всех подозреваемых. Убийцы журналиста до сих пор не найдены.
Дмитрий Юрьевич Холодов был похоронен на Троекуровском кладбище в Москве. Посмертно он был удостоен премий «За свободу прессы» и Союза журналистов России за 1994 год, а также награждён орденом имени Сахарова «За мужество» в 2018 году.
Имя журналиста носит школа № 5 в городе Климовске, в которой он учился. Там же есть улица его имени, а на здании редакции газеты «Московский Комсомолец» в Москве установлена мемориальная доска памяти Дмитрия Холодова.