Il remporte sa première médaille avec l'équipe nationale aux Championnats d'Europe 2010, avec l'argent sur le relais.
Débuts en Coupe du monde en 2011-2012
Dmitry Malyshko commence sa carrière en Coupe du monde lors de la saison 2011-2012. Il obtient son premier podium à Hochfilzen en Autriche, en prenant la seconde place avec l'équipe russe du relais. C'est en Finlande à Kontiolahti, qu'il va réussir sa première performance personnelle, en prenant la troisième place lors de la poursuite, derrière Ole Einar Bjørndalen et Martin Fourcade. Il est ainsi désigné révélation de la saison par l'IBU[1].
Première victoire en 2012-2013
Lors de la saison 2012/2013, Dmitry Malyshko confirme tous les espoirs entrevus lors de la saison précédente en obtenant tout d'abord une seconde place lors de la poursuite de Hochfilzen.
Au début de janvier, il remporte ses premières victoires en coupe du monde lors du sprint[2], puis de la poursuite de Oberhof, gagnant avec plus de 40 secondes d'avance grâce à un sans-faute au tir lors de cette épreuve[3]. Il réalise le triplé lors de cette étape de coupe du monde en remportant également le relais avec l'équipe russe[4].
Aux Championnats du monde 2019, à Östersund, il remporte la médaille de bronze au relais, collectant son premier podium en championnat du monde. En 2019, il remporte aussi son premier et seul titre européen, à Minsk, sur le relais mixte, en plus de gagner la médaille de bronze sur le sprint.
Il prend sa retraite sportive à l'issue de la saison 2019-2020.
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