Дмитрий Доценко родился 1 августа 1913 г. в селе Анновка (ныне — Акимовский район Запорожской области Украины) в крестьянской семье. В детстве семья переехала в город Горловка. В 1935 году окончил строительный техникум, после чего работал токарем Горловского машиностроительного завода. В 1935 г. был призван на службу во внутренние войска НКВД СССР, охранял железные дороги. В 1939 г. окончил курсы политсостава. В 1942 г. был переведён в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. С декабря того же года — на фронтах Великой Отечественной войны.

К январю 1945 г. старший лейтенант Дмитрий Доценко командовал огневым взводом 1075-го истребительно-противотанкового артиллерийского полка 5-й гвардейской армии 1-го Украинского фронта. Отличился во время форсирования Одера.

24 января 1945 г. взвод Доценко одним из первых в полку переправился через Одер, захватил плацдарм на его западном берегу и удержал его, отразив три немецких контратаки в районе населённого пункта Линден (в 7 километрах к северо-западу от Бжега). Во время боёв за расширение плацдарма взвод Доценко уничтожил 4 дзота и 2 пулемёта противника.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 апреля 1945 г. за «образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм» старший лейтенант Дмитрий Доценко удостоен высокого звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

После окончания войны Дмитрий Степанович Доценко продолжил службу в Советской Армии. В 1948 г. окончил Ленинградскую Высшую офицерскую артиллерийскую школу. В 1963 г. в звании подполковника был уволен в запас. Проживал в Бресте, работал начальником отдела кадров ПМК-8 в управлении «Брестсельстроя».

Был также награждён орденами Красного Знамени, Отечественной войны 1-й и 2-й степеней, двумя орденами Красной Звезды, орденом «Знак Почёта» и рядом медалей.

Скончался 15 марта 1991 г., похоронен на Гарнизонном кладбище Бреста.