Родившийся 30 апреля 1977 года в городе Ульяновске в семье военнослужащего Дмитрий Сергеевич Кожемякин с детства готовился к военной службе. Он окончил Санкт-Петербургское суворовское военное училище в 1994 году, а затем в 1999 году завершил обучение в Рязанском институте воздушно-десантных войск имени генерала армии В. Ф. Маргелова. После этого ему была поручена служба на должности командира разведвзвода в 175-й отдельной роте разведки 76-й гвардейской воздушно-десантной дивизии, базирующейся в городе Пскове. Он был женат на Елене Михайловне Кожемякиной из города Рязани.
В сентябре-октябре 1999 года Дмитрий находился в краткосрочной командировке в зоне боевых действий в Дагестане и в Чечне, где служил старшим группы охраны командира 76-й гвардейской воздушно-десантной дивизии генерал-майора С. Семенюты. В конце января 2000 года он прибыл в Чеченскую республику во главе своего взвода.
29 февраля 2000 года взвод гвардии лейтенанта Дмитрия Сергеевича Кожемякина вёл разведку в районе восточного склона горы Истыкорт, обеспечивая выдвижение 6-й парашютно-десантной роты для захвата господствующих высот. В ходе этой операции, когда 6-я рота вступила в бой с передовой группой противника, Дмитрий и его подчинённые скрытно обошли боевиков и поддержали огнём действия роты. Несмотря на многократное превосходство противника, они смогли удержать позиции на высоте 776,0.
Боевики попытались окружить псковских десантников, но Дмитрий с его разведчиками быстро и решительно пресекли эту попытку. В ходе перестрелки он был ранен, однако оставался в строю.
Утром следующего дня, 1 марта 2000 года, боевики возобновили штурм высоты 776,0. В начале боя Дмитрий поспешил на помощь раненому десантнику, гвардии младшему сержанту Хаматову Евгению Камилевичу, чтобы вынести его из-под обстрела. Однако в ходе этой операции его окружили боевики, и Дмитрий, используя нож, сражался врукопашную с толпой. В результате он погиб, не сдавшись в плен.
Указом Президента Российской Федерации № 484 от 12 марта 2000 года за мужество и отвагу, проявленные при ликвидации незаконных вооружённых формирований в Северо-Кавказском регионе, Дмитрию Сергеевичу Кожемякину было посмертно присвоено звание Героя Российской Федерации.
