Начинавший свою карьеру в мюнхенской «Баварии» Хаманн в 1998 году перешёл в «Ньюкасл Юнайтед», с которым дошёл до финала Кубка Англии, но уже всего через год перебрался в «Ливерпуль». В мерсисайдском клубе Дитмар начал играть «глубже», уделяя основное внимание оборонительным функциям, и стал важнейшим звеном той модели игры, которую прививал команде тогдашний наставник «Ливерпуля» Жерар Улье. Обладающий отличным пасом Хаманн не участвовал в завершении атак, однако нередко начинал их. С именем Хаманна связаны основные успехи команды Улье, а затем и Бенитеса — триумф 2001 года в Кубке Лиги, Кубке Англии и Кубке УЕФА, победа в Кубке Лиги 2003 года, в Лиге Чемпионов в 2005 году, а также в Кубке Англии в 2006.
Дитмар Хаманн стал первым игроком «Ливерпуля» со времён Роджера Ханта, принявшим участие в финале чемпионата мира, когда вышел на поле в матче против Бразилии на чемпионате мира 2002 года. Роджер Хант сыграл в финальном матче этого турнира в 1966 году. Хаманн дважды принимал участие в Чемпионатах мира (в 1998 и 2002 годах) и дважды в Чемпионатах Европы (в 2000 и 2004 годах).
В 2000 году Дитмар точным ударом с 26 метров поразил ворота сборной Англии. Этот гол стал последним на старом стадионе Уэмбли и принёс сборной Германии важную победу в отборочном матче к Чемпионату мира в Японии и Корее. В 2005 году забил пенальти в финальном матче Лиги чемпионов между Миланом и Ливерпулем, несмотря на сильную боль в ноге (после матча выяснилось, что у него перелом ноги).
В 2006 году Хаманн решил завершить международную карьеру после того, как оказался вне списка игроков, заявленных к участию в чемпионате мира.