Получил домашнее воспитание, служил в министерстве государственных имуществ; с 1870 года читал лекции по медальерному искусству в Императорской Академии художеств, в 1877—1894 годах — профессор Санкт-Петербургского археологического института, где читал курсы русской палеографии и метрологии. С 1877 года — действительный член Московского археологического общества.
В 1842—44 годах публиковался в журнале «Маяк»: повесть «Гибель и спасение», «Жених сочинитель», «Чувство при разлуке», «Нина или невеста до рождения» и др. В этом же журнале появились его рецензии и статьи, напечатанных под псевдонимом «Фома Костыга». Многочисленные статьи и заметки, преимущественно касавшиеся русской метрологии и нумизматики, Прозоровский публиковал в «Москвитянине», «Журнале Министерства народного просвещения», «Трудах археологических съездов», «Древностях Московского археологического общества», «Записках Академии наук», «Сборнике» и «Вестнике» Археологического института, в «Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона», но более всего — в «Записках» и «Известиях» Санкт-Петербургского Императорского Русского археологического общества, в котором был действительным членом и хранителем музея.
Д. И. Прозоровский не приняв текста «Слова о полку Игореве», опубликованного А. И. Мусиным-Пушкиным, опубликовал «Новый опыт объяснительного изложения Слова о полку Игореве» // Зап. Отд-ния рус. и слав. археологии рус. археол. об-ва. СПб., 1882. — Т. 3. — С. 211—292 (отд. изд.: СПб., 1882). Однако, его реконструкция древнейшего памятника литературы была резко отрицательно воспринята специалистами.