Российский актёр театра и кино. Дмитрий родился 22 марта 1984 года в Ленинграде. В 2006 году окончил Санкт—Петербургскую государственную академию театрального искусства (мастерская профессора В.М. Фильштинского). С 2006 по 2008 год прослужил в труппе Александринского театра в Санкт—Петербурге. Покинул театр по собственному желанию в 2008 году и стал свободным актёром. В кино Паламарчук начал сниматься в 2004 году, ещё будучи студентом. Его первой главной киноролью стала Кирилл в молодёжном комедийном телевизионном сериале «Тронутые» (2005) режиссёра Анатолия Газиева. Популярность он получил в 2015 году, когда исполнил главную роль в сериале «Чужой». Работа в этом проекте принесла ему номинацию на премию «Золотой орёл» за лучшую мужскую роль. С 2011 года Дмитрий является артистом Государственного драматического театра «На Литейном»