Родился 29 июля 1904 г. в Полтаве.

Доктор физико-математических наук (1940), профессор (1930).

Окончил физико-математический факультет Ленинградского университета (1927).

Руководил теоретическим отделом Украинского физико-технического института (Харьков, 1929–1931), заведовал кафедрами теоретической физики Харьковского механико-машиностроительного института (1930–1931), кафедрой физики Ленинградского педагогического института (1933–1935). Вместе с Л. Ландау и Г. Гамовым выступал против насаждения марксистской философии в вузах Ленинграда. На три года был выслан органами НКВД из Ленинграда (1935).

Работал консультантом, старшим научным сотрудником Сибирского физико-технического института (Томск, 1936–1938), преподавал в Томском (1936–1938) университете.

Заведовал кафедрой теоретической физики Уральского университета (1939–1943). Читал здесь лекции по курсам «Строение вещества», «Физика ядра», «Квантовая электродинамика». Организовал и стал регулярно проводить научный семинар по теоретической физике. Благодаря инициативе и энергии Д. Д. Иваненко библиотека Уральского университета пополнилась ценной коллекцией физических журналов и книг на русском и иностранных языках.

С 1943 г. преподавал на физическом факультете Московского университета.

Научные работы относятся к теории атомного ядра, квантовой электродинамике, физике космических лучей, теории гравитации и космологии, квантовой теории поля и элементарных частиц, истории физики. Тема докторской диссертации – «Основы теории ядерных сил».

Независимо от В. Гейзенберга предложил в 1932 г. гипотезу строения атомного ядра из протонов и нейтронов, совместно с И. Е. Таммом заложил основы теории ядерных обменных сил, разработал теорию синхронного излучения (Государственная премия СССР, 1950).