Д. А. Вентцель родился в Москве в семье потомственного дворянина, инженера-путейца, строившего Павелецкую железную дорогу. В силу служебных обязанностей отца семья часто меняла место жительства. Д. А. Вентцель учился в немецкой гимназии в Риге, затем в Реформатском училище в Петербурге. В 1916 году он поступил на физико-математический факультет Петроградского университета. В университете Д. А. Вентцель проучился всего один год, был призван на военную службу и направлен в Константиновское артиллерийское училище. После окончания ускоренного курса Константиновского училища Вентцель всоставе артиллерийских войск в чине прапорщика был отправлен на фронт, где находился до 1918 года. Вернувшись из армии в Петроград, Д. А. Вентцель приступил к занятиям, но не в университете, а в Институте путей сообщения, куда он перевелся осенью 1918 года. В Путейском институте он проучился только один год, так как в 1919 году поступил в Артиллерийскую академию РККА в Петрограде, созданную на базе Михайловской артиллерийской академии, которую и окончил в 1922 году по первому разряду. После окончания академии он был оставлен адъюнктом, а затем был назначен старшим преподавателем.
В дальнейшем Димитрий Александрович стал крупнейшим специалистом в теории артиллерийской стрельбы, автором учебников по внешней (1939) и внутренней (1948) баллистике, вице-президентом Академии артиллерийских наук, одним из организаторов факультета авиационного вооружения в Военно-воздушной инженерной академии имени Н. Е. Жуковского. Он внес также весомый вклад в теорию стрелкового и ракетного оружия, в создание унитарного патрона. Не участвуя официально в атомном проекте, Д. А. Вентцель поставил своему адъюнкту Е. И. Забабахину задачу по определению параметров сходящихся сферических детонационных волн. Как писал Р. С. Саркисян: «Успешное завершение этой работы совпало с процессом разработки в соответствующих организациях ядерного оружия имплозивного типа, и результаты, полученные Е. И. Забабахиным, были сразу же внедрены в практику расчетов этого вида боеприпасов»19. Е. И. Забабахин (1917 — 1984), ученик профессора Вентцеля, стал действительным членом Академии наук СССР, лауреатом Ленинской премии, Героем Социалистического Труда.