Происходит из рода французских дворян, бежавших в Россию от Революции. Учился в Петришуле. После переезда матери в Москву жил в доме № 30/3 по улице Арбат. Окончил театральную школу.
С 1928 по 1938 служил в театре имени Вахтангова. Благодаря атлетической фигуре считался первым красавцем московской сцены[1]. Исполнял роли Калафа в спектакле «Принцесса Турандот», Люсьена Левена в «Человеческой комедии», Клавдио в «Много шума из ничего»[2].
В фильме Абрама Роома «Строгий юноша» первоначально главного героя фильма должен был играть Дмитрий Консовский, который был утвержден на роль и примерно 50% фильма было снято с ним. После ареста Консовского Роому пришлось искать нового актёра. Дмитрий Львович Дорлиак был внешне похож на Консовского, и во многом благодаря этому был утвержден на роль.
Во время съёмок фильма «Зори Парижа» в 1936 году у Дорлиака завязался роман с актрисой Антониной Максимовой. В период романа Д. Дорлиак был женат на актрисе Анне Данилович. Его разрыв с Максимовой получил шумную огласку благодаря статье «Пошляк из театра Вахтангова», которая появилась в «цеховом» журнале «Кино»[1]. В результате начальник Главного управления кинематографии Б. Шумяцкий распорядился «не приглашать для участия в киносъемках артиста театра имени Вахтангова Д. Л. Дорлиака, ввиду безнравственного поведения вышеназванного артиста» к новым киносъёмкам[1].
Во время гастролей в Забайкалье Дорлиак заболел брюшным тифом, от которого умер в Иркутске 18 сентября 1938 года в возрасте 26 лет[3]. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище рядом с матерью и сестрой.
Мать — Ксения Николаевна Дорлиак,(урожд. Фелейзен) (1881/1882—1945), фрейлина двора Марии Фёдоровны, впоследствии советская оперная артистка (меццо-сопрано), вокальный педагог и музыкальный общественный деятель. После смерти мужа оставила сцену, но с 1920 года возобновила выступления. Доктор искусствоведения (1941). Заслуженный деятель искусств РСФСР (1944). Похоронена в Москве на Новодевичьем кладбище рядом с сыном и дочерью.
Сын — Дмитрий Дмитриевич Дорлиак (1937—2018). Его мать — Данилович Анна Михайловна (1908—1989), актриса театра имени Вахтангова (1933—1987). С годовалого возраста воспитывался в семье певицы Нины Львовны Дорлиак и пианиста Святослава Рихтера, о котором он впоследствии написал книгу «Мимолетности Святослава Рихтера: воспоминания». После их смерти унаследовал их дачу в Подмосковье[4], а также некоторые права на издания произведений Рихтера. До эмиграции во Францию состоял в труппе различных московских театров. Умер в Париже в марте 2018 года в возрасте 81 года[5].
