Родился будущий отец Дмитрий 15 февраля 1885 года в Москва. Дворянин, сын гвардейского офицера.
Обучался в московской консерватории. До первой мировой войны был оперным певцом. В последствии стал церковным композитором.
С 1914 г. по 1917 г. был столоначальником (вольнонаёмным) в Отделе вооружённого снаряжения при Городской Московской Управе. Служил в Красной Армии с 1918 г. по октябрь 1921 г. Пройдя путь от рядового до начальника разведки 1-ой Сибирской Кавалерийской дивизии.
По словам о. Дмитрия, окончил Московскую духовную академию экстерном в 1922 году.
В 1922 году был рукоположен во священника Святителем Тихоном Патриархом Московским и всея Руси. Служил настоятелем церкви Троицы на Шаболовке, потом настоятелем церкви Троицы в Троицком, потом настоятелем церкви Мартина Исповедника на Таганке.
Михаил Ефимович Губонин вспоминал об о. Дмитрии:
«Настоятельствуя в этом грандиозном храме, о. Дмитрий Федорович особенно прославился как замечательный проповедник; сюда стекалось к нему множество народа. А, кроме того, прекрасно поставил здесь и певческое дело, что ему – как бывшему капельмейстеру – сделать было не так трудно. В храме им была заведена железная дисциплина и образцовый порядок, и чистота. Клирики и церковная челядь заметно трепетали перед лицом своего настоятеля и с этой стороны он производил самое импонирующее впечатление. А служил он прекрасно, так как сам был замечательным певцом, обладателем незаурядного и сильного драматического тенора широчайшего диапазона и большой гибкости. Словом, и внешние и внутренние данные о. настоятеля отвечали самым высшим требованиям, какие только можно было предъявить к лицу, облечённому подобным саном и положением церковного администратора. При более тесном знакомстве с Д.Ф. Баяновым выяснилось, что несмотря на свою большую нагрузку, он ещё систематически занимался композиторской деятельностью; им написано было немало светских и церковных музыкальных произведений, насколько нам тогда, казалось, весьма талантливых. Однако апофеоз Д.Ф. Баянова как церковного композитора наступил лишь в 1928 году, когда появилась в свет его знаменитая «Сугубая ектения», написанная им специально для своего друга, протодиакона М.К. Холмогорова. Все наиболее мощные церковные хоры сейчас же разучили эту ектенью, и она быстро и прочно внедрилась в церковный репертуар; лучшее исполнение её принадлежало М. К. Холмогорову в сопровождении прекрасного хора Нестерова (который впоследствии был административно разогнан, а многие певцы арестованы и высланы)».
Служил священником церкви Вознесения на Гороховом поле. Затем священствовал в соборе города Богородска (Ногинска).
В конце 20-х годов возведен в сан протоиерея и стал служить в городе Сергиевом Посаде в Пятницкой церкви.
С 1928 года Сергиево-Посадский благочинный, стал служить в Рождественском храме. По просьбе последнего наместника Троице-Сергиевой Лавры архимандрита Кронида (Любимова) представлял к назначению на приходы монахов закрывшейся Лавры и, в первую очередь, вернувшихся из ссылок. Устроил так у себя в благочинии несколько десятков ссыльных монахов. Был помощником митрополита Сергия (Страгородского).
В 1930 был арестован, содержался в Бутырской тюрьме несколько дней, потом без предъявления обвинения был отпущен.
В 1932 году стал настоятелем церкви Петра и Павла (Воскресения) – нынешнего Воскресенского подворья Троице-Сергиевой лавры.
В 1935 году, после захвата храма обновленцами, должен был перейти служить в другой храм. С того года стал служить в церкви Всех Святых на Кокуевском кладбище.
23 ноября 1937 года был арестован по «делу» архимандрита Кронида. В справке на арест говорилось:
«В 4-й отдел УГБ УНКВД МО поступили сведения о том, что поп Баянов Дмитрий Федорович с/о 8 Отделения по Загорскому району группирует вокруг себя значительное количество бывших монахов «Троице-Сергиевской Лавры», которых он устроил на приходы в Загорском, Константиновском, Пушкинских и других районах Московской обл. БАЯНОВ как благочинный в подчинении которого находится около 50 церквей области, проводил большую работу по организационному укреплению церковных общин, подбирая и назначая туда людей исключительно преданных церкви. БАЯНОВ имел ряд встреч с митрополитом Ленинградским Алексеем СИМАНСКИМ, где обсуждались вопросы по организационному укреплению церковников об этом [в] 8-е отделение не сообщил. Сам Баянов в тесном кругу своих единомышленников высказывает к/р враждебные взгляды по отношению к советской власти».
(По материалам ПСТБИ Баянов был секретным сотрудником 8 отделения 4 отдела НКВД, но никаких важных сведений не сообщал. В статье М. Максимова в Московских епархиальных ведомостях № 9-10/2003 «Преподобномученик Феофан (Графов)» совершенно некритично и малоубедительно утверждается, что о. Димитрий лжесвидетельствовал и оговаривал новомучеников).
Осуждён тройкой при УНКВД по Московской области 7 декабря 1937 года. Обвинение – «руководство контрреволюционной монархической группой монахов и духовенства». Статья 58-10-11 УК РСФСР, приговор – расстрел.
Был расстрелян и похоронен в Бутово, на так называемом полигоне НКВД, 10 декабря 1937 г.
Реабилитация состоялась 14 ноября 1958 г. В 1958 году дочери Баянова было выдано свидетельство о смерти отца, в котором говорилось, что он умер в 1941 г. в заключении от атеросклероза, хотя писавшие справку отлично знали о расстреле протоиерея Баянова.