Дмитрий Евгеньевич Сычев родился 26 октября 1983 года в Омске в семье спортсменов. Мать – легкоатлетка Елена Семенова, отец – футболист Евгений Сычев. Отец с малых лет брал сына на тренировки.

Учился в 77-ой школе г. Омска, в спортивном спецклассе для мальчиков. Пользовался авторитетом среди одноклассников. Любимый предмет был английский язык. В 10 лет начал заниматься в СДЮШОР № 20 спортивного общества «Динамо» в юношеской команде под началом тренера Михаила Семерня. В команде быстро стал лидером и был выбран капитаном.

После девятого класса Дмитрий был приглашен в юниорскую сборную России.

С июня 2000 года Дмитрий член тамбовского «Спартака». Удачным для Сычева был турнир памяти Гранаткина, после которого он получил предложения от известных клубов, в том числе от ведущих клубов Украины и Германии.

В январе 2002 года состоялся дебют Сычева в составе московского «Спартака» на турецком турнире. Успешная карьера в составе этой команды была прервана конфликтом.

С декабря 2002 года Сычев стал членом марсельского «Олимпика», выступая за него до 2004 года. В 2004 перешел в «Локомотив», в составе которого играет по сегодняшний день. Участвует он и в матчах за сборную страны.