После окончания университета в 1888 году был прикомандирован к Санкт-Петербургскому университету на два года для приготовления к профессорскому званию по теории и истории искусств без стипендии.
В 1890—1903 годах преподавал историю античного и древнерусского искусства в Казанском университете на кафедре теории и истории искусств, занимая должность приват-доцента. В этот период с целью сбора материала для диссертации о мозаиках Италии он побывал в заграничной командировке, где исследовал памятники старины в Риме, Венеции, Неаполе, Палермо, Парме, Флоренции и в других городах Италии. Результатом пятилетнего труда была успешная защита 27 ноября 1895 года магистерской диссертации «Мозаики IV и V вв. Исследование в области иконографии и стиля древнехристианского искусства»; 9 мая 1900 года он был утверждён в степени доктора теории и истории искусств после защиты диссертации «Эллинистические основы византийского искусства» — защита обеих диссертаций происходила в Московском университете. С 11 июля 1903 года — ординарный профессор Санкт-Петербургского университета. В 1906 году, 5 декабря, он был избран ещё и профессором историко-филологического факультета Высших женских курсов[1].
Был награждён орденами Св. Станислава 2-й и 3-й степени, Св. Анны 2-й степени, что давало ему право на личное дворянство; 29 ноября 1914 года он был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук по отделению русского языка и словесности — история искусства. Действительный член ГАИМК (1919—1929).
В 1922—1929 годах работал в Государственном Эрмитаже. Действительный член Болгарского археологического института с 1926 года.
Был репрессирован, в 1930-е годы находился в заключении[2][3], впоследствии был реабилитирован.
Киево-Софийский собор: Исслед. древней мозаич. и фресковой живописи: С 14 рис. / [Соч.] Д. Айналова и Е. Редина. — СПб.: тип. Имп. Акад. наук, 1889. — 156 с.
Мозаики IV и V веков. — СПб.: тип. В. С. Балашева и К°, 1895. — VI, 3-198, [1] с. : ил.
Значение Ф. И. Буслаева в науке истории искусств : Речь, чит. на торжеств. заседании Каз. о-ва археологии, истории и этнографии, 28 сент. 1897 г. / Д. В. Айналов. — Казань : типо-литогр. Имп. Ун-та, 1898. — 15 с
Древние памятники искусства Киева: Соф. собор, Златоверхо-Михайл. и Кирил. монастыри / Д. Айналов и Е. Редин. — Харьков: тип. «Печ. дело», кн. К. Н. Гагарина, 1899. — 62 с.
В 1903—1913 гг. под редакцией Д. В. Айналова был напечатан трёхтомный перевод «Истории искусства всех времен и народов» директора Дрезденской галереи профессора Карла Вермана.
Айналов, Дмитрий Власьевич // Биографический словарь профессоров и преподавателей Императорского Казанского университета: За сто лет (1804—1904). Ч. 1. — Казань: типо-лит. Имп. ун-та, 1904. — С. 19—21.
Дмитрию Власьевичу Айналову от учеников: К двадцатилетию его ученой деятельности. — Пг., 1915;
Ракинт В. Д. В. Айналов // Гермес. — 1916. 15 мая. — № 10. — С. 224;
Дополнение к списку трудов проф. Айналова и 35-летию ученой деятельности. — Пг., 1924;
Сыченкова Л. А. О «немецкой колонизации» русской науки: размышления над письмами Д. В. Айналова // Гасырлар авазы = эхо веков. — 2007. — № 1 (46). — С. 137—142;
Филиппенко Р. И. К вопросу о формировании школы истории искусства Харьковского и Петербургского университетов: Е. К. Редин и Д. В. Айналов — друзья и коллеги // Общество. Среда. развитие. — 2015. — № 3. — С. 63-67
