Дмитрий Владимирович Пегов родился 22 мая 1973 года в Куйбышеве (ныне Самара). В 1997 году окончил Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения. В 2008 году обучался в Балтийском государственном техническом университете им. Д. Ф. Устинова по программе «Мастер делового администрирования».
Трудовую деятельность на железнодорожном транспорте начал в 1994 году. Работал помощником машиниста, машинистом электропоезда локомотивного депо, машинистом-инструктором локомотивных бригад по скоростному движению, затем заместителем начальника моторвагонного депо Санкт-Петербург–Московское Октябрьской железной дороги. С 2004 года — начальник моторвагонного депо Санкт-Петербург-Московское. С июня 2009 года — начальник Северо-Западной дирекции скоростного сообщения, подразделения Дирекции скоростного сообщения — филиала ОАО РЖД. С декабря 2009 года занимал должность и. о. начальника Дирекции скоростного сообщения, в феврале 2010 года утвержден в должности начальника. Курировал запуск первых скоростных поездов «Сапсан» между Москвой и Санкт-Петербургом, поездов Allegro между Санкт-Петербургом и Хельсинки, электропоездов «Ласточка» на ряде направлений.