Дмитрий Белоусов родился в 1972 году в семье советского экономиста Рэма Белоусова, создателя научной школы в области ценообразования и управления, входившего в число участников подготовки "реформы Косыгина". Дмитрий Белоусов в 1994 году окончил экономический факультет МГУ им. Ломоносова и аспирантуру Института народнохозяйственного прогнозирования РАН (ИНП РАН) в 1997 году, позднее стал членом ученого совета ИНП РАН. С 2000 года — в Центре макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования (ЦМАКП). Руководил проектами по долгосрочному социально-экономическому прогнозированию, научно-технологическому Форсайту по заказу Минэкономразвития и Минобрнауки России. Член Межведомственной комиссии по технологическому прогнозированию президиума Совета при президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию. Старший брат, Андрей Белоусов, экс-министр экономического развития России, помощник президента РФ.