Родился в г. Нижнем Новгороде в семье канцелярского служителя Николая Ивановича Артемьева и Екатерины Владимировны Артемьевой. Среднее образование получил в Нижегородском Дворянском институте Императора Александра II. В 1901 г. поступил на естественное отделение физико-математического факультета Императорского Московского Университета (ИМУ), где занимался минералогией и кристаллографией под руководством профессора В.И. Вернадского. Ученик профессора Е.С. Федорова. Летом 1906 года проходил стажировку (практику) во Франции (Париже) в лаборатории профессора Альфреда Лакруа, а затем в Италии (Неаполе) в лаборатории профессора Скакки.
В 1907 г. Д.Н. Артемьев закончил физико-математический факультет ИМУ с «дипломом первой степени». Диплом утвержден 12 декабря 1906 года, выдан 2 июля 1907 г. В феврале 1907 г. был оставлен при ИМУ для приготовления к профессорскому званию по кафедре минералогии и кристаллографии.
10 сентября 1907 г. был взят штатным ассистентом по кафедре кристаллографии и минералогии в Горный Институт Императрицы Екатерины II (ГИ) для подготовки и аттестации в профессорский состав. Со стороны ректора ИМУ возражений по поводу перевода Артемьева в ГИ не возникло. Сразу же после перевода Д.Н. Артемьев получил чин коллежского ассесора, соответствующего классной должности.
30 октября 1909 г. Нижегородским Уездным по воинской повинности присутствием Д.Н. Артемьеву было выдано свидетельство за № 487, что он являлся к исполнению воинской повинности и зачислен в запас.
12 ноября женится на 33-летней Елене Витовне Тихомировой – вдове дворянина Владимира Тихомирова, у которого после первого брака осталось трое детей (они тоже, как и Елена Витовна, были отмечены в паспортной книжке Артемьева): Елена Владимировна Тихомирова (д. р. 23 мая 1896 г.), Витрад Владимирович Тихомиров (д. р. 15 августа 1898 г.) и Владимир Владимирович Тихомиров (д. р. 22 октября 1902 г.).
С 1912 г. Д.Н. Артемьев преподавал кристаллографию, с 1913 г. - минералогию и кристаллографию на Высших курсах при Биологической Лаборатории.
Утверждён царским указом в должности надворного советника 13 мая 1913 г.
16 июня 1913 г. - командировка от ГИ в Тифлис на съезд естествоиспытателей и врачей.
13 февраля 1914 Артемьев пишет Ивану Шредеру прошение о двухнедельном отпуске за границу для похорон жены.
6 апреля 1914 г. награждён орденом Станислава III степ.
14 декабря 1914 г. в Петроградском Государственном Университете Д.Н. Артемьев защитил диплом магистра минералогии и геогнозии диплом был утвержден 19 января 1915 г. Вследствие отношения от 12 февраля 1915 г. за № 538 Д.Н. Артемьев был допущен к чтению лекций в Петроградском Университете в звании приват-доцента.
9 марта 1915 г. Артемьев утвержден в должности адъюнкт-профессора по кафедре кристаллографии и минералогии Горного Института.
2 июня 1915 г. Д.Н. Артемьев был утвержден в должности экстраординарного профессора по кафедре минералогии Варшавского Политехнического Института и заведующего этой кафедрой.
С 1918 - адъюнкт-профессор Нижегородского государственного университета. В 1923 г. Артемьев опубликовал четырёхтомный курс кристаллографии.
4 сентября 1918 - Советом народных комиссаров подписан декрет о учреждении Московской Горной академии, первым ректором которой в 1919 становится Артемьев
По воспоминаниям Вернадского Д.Н. Артемьев круто изменил свою жизнь, принял сан католического священника и работал при библиотеке Ватикана в Риме. Обучался в Богословской академии в Инсбурке (Австрия). Умер в 1945-46 г. в Брюсселе.