В 1930 году окончил 7 классов, в 1936 году - машиностроительный техникум в г. Орджоникидзе. По сведениям С.Б. Виноградова,  «до 1936 года работал слесарем и бригадиром слесарей завода автосцепки в г. Брянске».
На военную службу был призван в 1939-м. После окончания школы младших командиров служил в должности командира танка, а с мая 1938 года - командира взвода. В 1939 году окончил курсы младших лейтенантов при 11-й танковой бригаде в Забайкалье и продолжил службу командиром взвода 32-й роты боевого обеспечения.
С 11 мая по 16 сентября 1939 года участвовал в боях на р. Халхин-голе против самураев. 20 августа 1939 года взвод огнемётных танков из 11-й лёгкой танковой бригады (в составе 1-й армейской группы) под началом младшего лейтенанта Д.Ф. Козлова уничтожил 3 вражеских противотанковых пушки и пехотный батальон японцев, чем содействовал наступлению бригады.
17 ноября 1939 года за мужество и отвагу, проявленные на поле боя, младшему лейтенанту Дмитрию Фёдоровичу Козлову было присвоено звание Героя Советского Союза, с вручением медали «Золотая Звезда» и ордена Ленина.
    В дальнейшем служил командиром взвода в 12-м танковом полку (Московский военный округ). В 1941 году окончил два курса Военно-политической академии имени В.И. Ленина.
С 1942 года – на фронте, последовательно исполнял обязанности командира танкового батальона, заместителя командира 51-го танкового полка по политической части. В 1943-м окончил Курсы усовершенствования офицерского состава, с 1944 года командовал 58-м танковым полком 2-й гвардейской кавалерийской дивизии.
В годы войны был тяжело ранен и контужен. С 1946 года - в отставке.
Награждён орденом Ленина, двумя орденами Боевого Красного Знамени, орденом Суворова 3-й степени и медалями.
С 1949 года Дмитрий Фёдорович Козлов жил и работал в г. Искитиме. 

Умер 28 февраля 1973 года, похоронен на Старом городском кладбище.
У здания Искитимского городского историко-художественного музея установлен бюст Героя. В Новосибирске его имя увековечено на Аллее Героев у Монумента Славы. В 2005 году администрация г. Искитима установила на могиле Д.Ф. Козлова гранитный памятник с нанесённым на него изображением Золотой Звезды Героя Советского Союза и надписью о награждении.