Родился 7 июля 1971 года в городе Астрахани.
В 1993 году окончил Уфимский нефтяной институт по специальности «горный инженер-геофизик».
Трудовую деятельность начал в геофизическом объединении «Шельф» в городе Геленджике. В ноябре 1993 года был приглашен в Ямало-Ненецкий автономный округ, в Тарасовское управление геофизических работ, где до марта 1994 года работал инженером комплексной геофизической партии.
С апреля 1994 года по май 1995 года работал геологом Таркосалинской нефтегазоразведочной экспедиции. С октября 1996 года по май 2001 года работал в системе ОАО «Пурнефтегазгеология», занимал должности директора по персоналу, первого заместителя генерального директора. В этот период являлся членом советов директоров ряда нефтегазовых компаний и предприятий.
С 2000 года руководил разработкой Ханчейского месторождения и организацией нефтегазодобывающего производства. В мае 2001 года был назначен генеральным директором ОАО «Ханчейнефтегаз».
С октября 2002 года работал на посту первого заместителя главы администрации Пуровского района.
В 200З году окончил институт профессиональной переподготовки Уральской академии государственной службы по специальности «государственное и муниципальное управление».
В октябре 2005 года избран Главой муниципального образования Пуровский район.
8 декабря 2009 года партия «Единая Россия» представила Дмитрия Николаевича Кобылкина, в числе четырех кандидатов, на должность Губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа. 22 февраля Президент Российской Федерации Дмитрий Медведев внес кандидатуру Дмитрия Николаевича Кобылкина на рассмотрение Законодательного Собрания Ямало-Ненецкого автономного округа для наделения его полномочиями Губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа.
3 марта 2010 года депутаты Законодательного собрания Ямало-Ненецкого автономного округа, на внеочередном 74 заседании, единогласно проголосовали за представленную Президентом кандидатуру на пост Губернатора Ямала Дмитрия Николаевича Кобылкина.
С 18 мая 2018 года — Министр природных ресурсов и экологии Российской Федерации .
