Дмитрий Вавилин родился 28 ноября 1981 года.

Имеет два высших образования. В 2003 году с отличием окончил машиностроительный факультет Ульяновского государственного технического университета по специальности «Автомобиле — и тракторостроение». В 2007 году получил диплом с отличием Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии по специальности «Финансы и кредит».

Свою трудовую деятельность начал в 2003 году в должности инженера отдела качества Ульяновского автомобильного завода. В 2006 году был назначен главным специалистом в региональный комитет по транспорту и дорожному хозяйству, а спустя год стал начальником отдела развития транспортного комплекса министерства транспорта и дорожного хозяйства Ульяновской области. В 2011 году Дмитрий Вавилин получил повышение и был назначен заместителем министра промышленности и транспорта Ульяновской области по вопросам информатизации. Через два года переведён на должность заместителя министра строительства, жилищно-коммунального комплекса и транспорта Ульяновской области по финансам и экономике. С 30 декабря 2016 года занимал посты министра промышленности, строительства, жилищно-коммунального комплекса и транспорта Ульяновской области, а также министра экономического развития и промышленности.

15 июня 2021 года Дмитрий Вавилин назначен временно исполняющим обязанности главы города Ульяновска, 20 августа 2021 года большинством голосов депутатов Ульяновской Городской Думы был выбран Главой города Ульяновска.

С 2007 года при активном участии Дмитрия Вавилина успешно реализовывалась государственная программа «Развитие транспортной системы Ульяновской области». В течение 15 лет закуплено более 670 единиц пассажирского транспорта, в том числе 64 единицы электротранспорта: 20 троллейбусов и 44 трамвайных вагона. Процент охвата транспортным обслуживанием населения на 2021 год в среднем по области составил 98%.

В 2016-2018 годах разработал и реализовал масштабную программу модернизации теплоисточников. Силами ОГКП «Корпорация развития коммунального комплекса» проведена глубокая модернизация и строительство новых 107 теплоисточников по всей территории области.

Во время нахождения Дмитрия Вавилина в должности главы города Ульяновска на территории муниципалитета продолжает реализовываться национальный проект «Безопасные качественные дороги», в рамках которого в 2021 году завершён ремонт 17,83 км автомобильных дорог, 18,61 км тротуаров, выполнена реконструкция 190 метрового моста через реку Сельдь в посёлке Дачный. Также начаты работы по реконструкции моста со строительством развязки на улице Минаева и строительству переправы через реку Свиягу в створе улиц Шевченко и Смычки.

По федеральному проекту «Формирование комфортной городской среды» в 2021 году проведены работы по благоустройству 50 дворовых территорий и 10 общественных пространств.

Награды: В 2007 году был награждён Благодарственным письмом Губернатора Ульяновской области, в 2012 году получил Благодарность Министра транспорта Российской Федерации, в 2016 году Благодарность Губернатора Ульяновской области. В 2018 году Дмитрий Вавилин награждён Почётным знаком Ульяновской области «За веру и добродетель». Имеет чин действительного государственного советника Ульяновской области I класса

В конце ноября 2022 года ушел с поста главы Ульяновска по собственому желанию. С 1 декабря 2022 года трудоустроен на должность заместителя директора Ульяновского приборостроительного завода «Утес».

В сентябре 2023 года вышел из политсовета ЕР.