Воспитанник краснодарской футбольной школы «Кубань». Отличается отменными физическими данными, мощным ударом с обеих ног, хорошим видением поля.
С 1992 года выступал за московский «ЦСКА». Дебютировал в высшей лиге чемпионата России в неполные 18 лет. В короткий срок стал одним из лидеров команды, был вызван в олимпийскую сборную России, где сыграл 3 матча, а затем и в главную сборную страны. Дебютировал в национальной сборной на чемпионате Европы по футболу 1996 года, на котором сыграл 2 матча.
В 1997 году вместе с тренером Александром Тархановым и группой игроков «ЦСКА» перешёл в московское «Торпедо».
В 1998—1999 годах выступал в голландском клубе «ПСВ». В январе 2000 года его приобрел «Реал Сосьедад» за рекордную для клуба сумму в 4.8 млн долларов.
Участник чемпионата мира 2002 года (3 матча).
В 2003 году вернулся в Россию, выступал за московские «Локомотив» (2003—2006) и «Динамо» (2006—2010).
13 июля 2008 года в матче 13-го тура чемпионата России «Динамо» — «Локомотив» Хохлов сыграл свой 400 матч в национальных чемпионатах России, Голландии и Испании. В этой игре он забил мяч, изменивший счёт в пользу его команды (2:1), в итоге матч закончился победой «Динамо» — 4:2.
В сборной России Хохлов сыграл 53 матча, забил 6 мячей.
В 2010 году по окончании сезона Дмитрий Хохлов объявил о завершении карьеры игрока, но остался тренером «Динамо», за которое провёл больше матчей, чем за любой другой клуб, и капитаном которого он был в течение многих лет.
19 апреля 2011 года Дмитрию Хохлову было присвоено звание «Заслуженный мастер спорта».