En juillet 2008, Dmitriy Starodubtsev porte son record personnel à 5,75 m à l'occasion des Championnats de Russie de Kazan. Sélectionné pour les Jeux olympiques de Pékin, il se classe cinquième de la finale après avoir franchi 5,70 m à son deuxième essai[1].
Le à Tcheliabinsk, il réussit à passer la barre de 5,90 m, soit deux jours avant ses vingt-six ans. Cette performance constitue évidemment alors la meilleure performance mondiale de l'année 2012 et est un exploit qui survient très tôt dans l'année[2].
Le 27 octobre 2016, il est disqualifié de sa 4e place de la finale des Jeux olympiques de Londres pour dopage[3]. Il est suspendu du 2 juillet 2016 au 1er juillet 2018[4]. En avril 2017, il fait partie de cinq athlètes russes qui admettent s'être dopés.