В 1997 году окончил Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения с присвоением квалификации инженера-электромеханика. В 2008 году прошел обучение в Балтийском государственном техническом университете "Военмах" имени Д. Ф. Устинова по программе "Мастер делового администрирования". Трудовую деятельность начал в 1994 году помощником машиниста электропоезда локомотивного депо, затем работал машинистом электропоезда, машинистом-инструктором локомотивных бригад (по скоростному движению), заместителем начальника моторвагонного депо Санкт-Петербург-Московское Октябрьской железной дороги. С февраля 2010 года — генеральный директор дирекции скоростного сообщения ОАО "РЖД". 22 июля 2014 года Дмитрий Пегов назначен начальником Московского метрополитена.