Дмитрий Михайлович Павлов появился на свет 7 ноября 1884 года в Задонске Воронежской губернии (ныне это административный центр Липецкой области — прим.ред.). Родители были людьми простыми — отец отставной солдат, мать из семьи православного священника.
Образование Дмитрий Павлов получил в Задонском духовном училище, после чего поступил в Воронежскую духовную семинарию, которую окончил с отличием. В 1905 году вместе со старшим братом Михаилом поступил на медицинский факультет Императорского Юрьевского университета. Но в связи с недостатком средств учёбу пришлось бросить. В 1907 году Дмитрий Павлов зачислен на филологический факультет Императорского Харьковского университета. Как выпускника Воронежской семинарии, его освободили от оплаты за обучение. Дипломная работа Павлова «Влияние Жорж Санд на русскую литературу XIX века» получила золотую медаль.
Завершив обучение, Павлов некоторое время преподавал в Ейске, затем перебрался в Тифлис. В 1915 году переехал в Пятигорск, где работал учителем истории в мужской гимназии.
В Пятигорске Павлов вступил в ряды Кавказского горного общества, и его избрали попечителем домика Лермонтова. В 1912 году Кавказское горное общество выкупило дом, где провёл последние месяцы жизни великий поэт. Там решено было организовать музей. Для этого Дмитрий Павлов пополнил коллекцию экспонатов, создал новую выставку и организовал научную библиотеку музея. Фактически, его можно назвать создателем лермонтовского музея в Пятигорске.
Судьба домика очень волновала мужчину, и тем сильнее его ранило равнодушие некоторых соратников, игнорировавших идеи по улучшению музея. В результате Павлов покинул организацию, но продолжал заботиться о музее, который называл «несчастным и забытым домиком».
Будучи преданным педагогике, Дмитрий Павлов создал в Пятигорске бойскаутское движение. Сегодня оно ассоциируется с США, но в царской России к нему проявляли немалый интерес. В годы Первой мировой войны движение скаутов активно сотрудничало с Русской императорской армией и партизанами.
Дмитрий Павлов был хранителем архива пятигорских бойскаутов. В декабре 1917 года он вместе с коллегой Пелиховским обратился в Горуправление, предложив создать музей движения. Власти поддержали инициативу, но политическая обстановка не позволила её воплотить, а после победы большевиков в Гражданской войне на смену бойскаутам пришли пионеры.
Когда в 1920 году Пятигорск заняла Красная армия, Павлов учредил Совет обследования и изучения Терского края. Организация планировала всесторонне изучать территорию современного СКФО в естественном, историческом и бытовом отношениях. В 1921 году Совет преобразовали в Пятигорское отделение Северо-Кавказского института краеведения.
Дмитрий Павлов читал лекции на кафедре кавказоведения и краевой археологии в Кубанском институте народного образования в Краснодаре. Затем перешёл в Горский политехнический институт во Владикавказе, где преподавал краеведение. В это же время создал работу «Искусство и старина Карачая». Она стала первым обзором археологических памятников региона. Страстно увлёкшись археологией Кавказа, Дмитрий Павлов возглавил комиссию, где разработал план будущего Этнолого-археологического института. Он презентовал идею в Москве, и Государственный учёный совет поддержал создание учреждения, которое стало первым научным ведомством на Северном Кавказе.
С 1921 по 1928 годы Дмитрий Павлов продолжал активно заниматься археологией Северного Кавказа и музейным делом. Он руководил Прикумско-Пятигорским отделением Центрального института истории материальной культуры — старейшего в России археологического института. Учёный составил археологическую карту Терского края и детальные карты древностей Кавказа каменного века и Военно-грузинской дороги, возродил Кавказское горное общество, закрытое в революционные годы. Под его руководством в Пятигорске в Михайловской галерее (бульвар Гагарина, 2, сегодня там кофейня — прим.ред.) провели Всесоюзную курортно-бальнеологическую выставку, приуроченную к V Всесоюзному курортному съезду, проходившему на Кавминводах. В дальнейшем он возглавил Курортный музей. В ведомство Павлова передали Провал и памятник на месте дуэли Михаила Лермонтова.
В 1924 году краеведа пригласили в Дагестан — друг Павлова, нарком просвещения республики Алибек Тахо-Годи предложил поработать в учреждённом им Дагестанском научно-исследовательском институте (ныне Институт истории, археологии и этнографии ДНЦ РАН). Вскоре Дмитрия избрали директором учреждения. На новой должности краевед развил бурную деятельность: готовил и проводил этнографические экспедиции, регистрировал памятники старины, создал в Махачкале музей краеведения. Важнейшим вкладом в развитие науки в регионе стал изданный под редакцией Павлова и Тахо-Годи сборник «Десять лет научных работ в Дагестане (1918—1928 гг.)», в котором опубликовали научные труды исследователей республики по разным направлениям.
В 1928 году, когда отмечалось столетие Льва Толстого, Дмитрий Павлов представил в Пятигорском бальнеологическом институте обширный доклад о писателе, а следом опубликовал неизвестные до того материалы о пребывании Толстого на Кавказе.
В 1929 году Объединённое государственное политическое управление сфабриковало уголовное дело против учёных Академии наук и краеведов, начались массовые репрессии. В апреле 1931 года Павлова арестовали, в том же году он скончался в застенках махачкалинского НКВД. Причины ареста неизвестны, утеряна и могила краеведа, так много сделавшего для науки на Северном Кавказе.
Ранее пятигорские историки провели конференцию, где вспомнили события 1918 года на Кавминводах.