Ο Δημήτρης Παπανικολάου σπούδασε φιλοσοφία στην Γαλλία και υποκριτική στην σχολή του Θεάτρου Τέχνης Κάρολος Κουν. Εκεί δούλεψε ως μαθητής σε παραστάσεις του θεάτρου και μετά την αποφοίτηση του εντάχθηκε στο δυναμικό της Πειραματικής Σκηνής του Εθνικού Θεάτρου, στο ξεκίνημά της υπό την καλλιτεχνική διεύθυνση του Στάθη Λιβαθινού το 2001. Στο Εθνικό Θεάτρο, στο Φεστιβάλ Αθηνών και Επιδαύρου αλλά και στο ελεύθερο θέατρο εχει συνεργαστεί με σημαντικούς Έλληνες και ξένους σκηνοθέτες, ερμηνεύοντας ρόλους αρχαίου δράματος, κλασικού και σύγχρονου ρεπερτορίου.
Δίδαξε το μάθημα της υποκριτικής στην Δραματική Σχολή του Δήμου Αγίας Βαρβάρας και στην Δραματική Σχολή του Εθνικού Θεάτρου.