В 1898 году окончил Сибирский кадетский корпус, в 1890 году - Николаевское военно-инженерное училище (по первому разряду). В чине подпоручик назначен ротным командиром в Восточно-Сибирский сапёрный батальон, дислоцировавшийся в Манчжурии.
Участник русско-японской войны 1904-1905 годов. В составе батальона укреплял позиции, устанавливал средства связи, наводил мосты, вёл разведку боем. Участвовал в сражении под Мукденом. Награждён 5 орденами (в т.ч. Станислава 2 степени) и 3 медалями. Войну закончил в чине поручика.
После войны за агитацию среди солдат уволен в запас. Жил и работал во Владивостоке. В 1907 году начал формироваться Владивостокский крепостной сапёрный батальон. Срочно потребовались опытные офицеры и Карбышев снова поступил на военную службу. В 1911 году с отличием окончил Николаевскую военно-инженерную академию. По распределению капитан Карбышев должен был стать командиром минной роты Севастопольской крепости, но вместо этого направлен в Брест-Литовск. Там он принимал участие в строительстве фортов Брестской крепости.
Участник I мировой войны с первого дня. Воевал в Карпатах в составе 8-й армии генерала А.А.Брусилова. (Юго-Западный фронт). Был дивизионным инженером 78-й и 69-й пехотных дивизий, 22 финляндского стрелкового корпуса. В начале 1915 года участвовал в штурме крепости Перемышль. Был ранен в ногу. За храбрость и отвагу награждён орденом св. Анны с мечами и произведён в подполковники. В 1916 году был участником знаменитого Брусиловского прорыва.
В декабре 1917 года в Могилёв-Подольском Карбышев вступил в Красную гвардию. С 1918 года в Красной Армии. Во время Гражданской войны участвовал в строительстве Симбирского, Самарского, Саратовского, Челябинского, Златоустовского, Троицкого, Курганского укреплённых районов, обеспечивал инженерное обеспечение Каховского плацдарма. Занимал ответственные должности в штабе Северо-Кавказского военного округа. В 1920 году был назначен начальником инженеров 5-й армии Восточного фронта. Руководил укреплением Забайкальского плацдарма. Осенью 1920 года стал помощником начальника инженеров Южного фронта. Руководил инженерным обеспечением штурма Чонгара и Перекопа, за что награждён именными золотыми часами.
В 1921-1936 годах служил в инженерных войсках, был председателем Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления РККА. С ноября 1926 года преподавал в Военной академии имени М.В.Фрунзе. В феврале 1934 года назначен начальником кафедры военно-инженерного дела. Военной академии Генерального штаба С 1936 года был помощником начальника кафедры тактики высших соединений Военной академии Генерального штаба. В 1938 году окончил Военную академию Генерального штаба. В том же году утверждён в учёном звании профессора. В 1940 году ему присвоено звание генерал-лейтенанта инженерных войск.
Карбышев был первым советским учёным, которому принадлежит наиболее полное исследование и разработка вопросов применения разрушений и заграждений. Значителен его вклад в научную разработку вопросов форсирования рек и других водных преград. Опубликовал более 100 научных трудов по военно-инженерному искусству и военной истории. Его статьи и пособия по вопросам теории инженерного обеспечения боя и операции, тактике инженерных войск были основными материалами по подготовке командиров Красной Армии в предвоенные годы. В 1941 году Карбышев защитил диссертацию доктора военных наук. Многократно председательствовал в Государственной комиссии по защите дипломных проектов в Военно-инженерной академии имени В.В.Куйбышева. Был членом Экспертной оперативно-тактической комиссии при Комитете высшей школы. Часто присутствовал при испытаниях новейших образцов инженерной техники. Участвовал в уставных комиссиях по разработке и изданию Наставлений для Красной Армии по военно-инженерному делу.
Участник советско-финляндской войны 1939-1940 годов. В составе группы заместителя начальника Главного военно-инженерного управления по оборонительному строительству вырабатывал рекомендации войскам по инженерному обеспечению прорыва линии Маннергейма.
В начале июня 1941 года Д.М.Карбышев был командирован в Западный Особый военный округ. Великая Отечественная война застала его в штабе 3-й армии в Гродно. Через 2 дня он перебрался в штаб 10 армии. 27 июня штаб армии оказался в окружении. В августе при попытке выйти из окружения генерал-лейтенант Карбышев был тяжело контужен в бою в районе Днепра. В бессознательном состоянии был захвачен в плен.
Немцы неоднократно пытались склонить Карбышева к измене, он отказался перейти на службу фашистам. В немецких концентрационных лагерях Замостье, Хаммельбург, Флоссенбург, Майданек, Освенцим, Заксенхаузен был одним из руководителей подполья. В ночь на 18 февраля 1945 года в концлагере Маутхаузен (Австрия) в числе других заключённых был облит водой на морозе и погиб. Звание Героя Советского Союза Дмитрию Михайловичу Карбышев присвоено посмертно 16 августа 1946 года.

• Д.М. Карбышев
• Генерал Карбышев
• Когда крепости не сдаются
• Снимем, товарищи, шапки!

• Герой Советского Союза Д. М. Карбышев
• Родины солдат