Д. И. Буторин окончил в 1931 году Пермский государственный педагогический институт, в 1933 году академиком С. П. Обнорским был приглашен на работу в Словарный отдел Института языка и мышления АН СССР, где был сотрудником до июня 1937 года. Из автобиографии: "Работал вначале сверхштатным выборщиком, затем научным сотрудником II разряда; работа проходила под непосредственным руководством С. П. Обнорского, Л. В. Щербы, И. А. Фалёва и других известных лексикографов. В 1935 году был переведен в научные сотрудники I разряда и стал одним из редакторов-составителей "Словаря русского языка" (VII издание)".

В 1937 г. вернулся к педагогической работе: до 1940 г. преподавал в средних школах Ленинграда, после - в Смоленском пед. институте, в Новгородском учительском институте, Ленинградском пед. институте, Выборгском учительском (педагог.) институте.

В 1954 году успешно защитил кандидатскую диссертацию "Винительный и родительный падежи прямого объекта в русском литературном языке XIX-XX веков".

С 1955 по 1957 год в качестве командированного советского специалиста преподавал русский язык в Харбинском институте иностранных языков (Китайская Народная Республика), читал курсы лексикологии и стилистики русского языка. Из автобиографии: "За время пребывания в Харбине мной был отредактирован и частично переработан составленный местными преподавателями русский фразеологический словарь. Кроме того, я принимал участие в составлении русско-китайского словаря".

С 1957 по 1965 год Дмитрий Иванович являлся одним из составителей 11-го, 13-го, 15-го и 17-го томов Академического "Словаря современного русского литературного языка". Им написаны рецензии на работы других групп, в частности на "Проект словаря синонимов русского языка", на "Проект словаря сочетаемостей в русском языке", на коллективную монографию по языку XVIII в., на докторскую диссертацию Ю. С. Сорокина "Развитие словарного состава русского литературного языка в 30-70-ые годы XIX в.".