Дмитрий Сердюк родился 18 февраля 1990 года в городе Харьков, Украина. В 2010 году окончил актерский факультет Российского Университета Театрального Искусства ГИТИС, мастерская Сергея Анатольевича Голомазова.
С 2010 года Дмитрий актер Московского драматического театра «На Малой Бронной». Является ведущим артистом. Задействован в постановках «Плутни Скапена» - Карл, «Хроники доктора Прентиса», «Наш человек в Гаване», «Принц Каспиан» - Эдмунд, «Тайна старого шкафа» - Фавн, «Бесы. Сцены из жизни Николая Ставрогина» - Верховенский», «Палата № 6» - Громов, «Белка» - Белка, «Киномания.Band».
Также играет в спектаклях Театра Наций: «Укрощение строптивой» - Люченцио, «Сказки Пушкина» - Рассказчик, «Честный аферист» - Распер, «Иванов» - Львов. Сотрудничает с Театральной компанией «Свободная сцена», где занят в спектакле Якова Ломкина «Отелло» - Дездемона. Является автором поэтической композиции и исполнителем спектакля «Наше всё... Бродский» режиссера Юрия Тхагалегова.
В 2011 году Дмитрий Сердюк стал лауреатом театральной премии газеты «Московский комсомолец» в номинации «Начинающие - лучшая мужская роль» за роль Верховенского в спектакле Театра на Малой Бронной «Бесы. Сцены из жизни Николая Ставрогина» режиссеров Сергея Голомазов и Олега Ларченко.
Фильмография актера не велика. Впервые он появился на телевидении в 2003 году в сериале «Инструктор». В 2014 году с его участием вышли два мини-сериала «Куприн» и «Временщик». В 2018 году в российский прокат вышла экранизация драматической пьесы «Ивановы», где Дмитрий предстал в образе Львова.