Дмитрий Николаевич Голосов родился 7 (по новому стилю — 20) сентября 1903 года в селе Русская Борковка (ныне — Ставропольский район Самарской области) в семье крестьянина. По национальности русский. Окончил пять классов школы.
В ноябре 1925 года Голосов был призван на службу в Рабоче-Крестьянскую Красную Армию. В 1926 году он окончил полковую школу 101-го стрелкового полка, в 1931 году — пехотные курсы при Ульяновской пехотной школе, в 1940 году — курсы «Выстрел». Служил на командных должностях в различных стрелковых частях. Незадолго до начала Великой Отечественной войны, 14 июня 1941 года, Голосов был назначен командиром 369-го горнострелкового полка 30-й горнострелковой дивизии Одесского военного округа, дислоцировавшегося в Днепропетровске.
С начала Великой Отечественной войны — на её фронтах. Полк Голосова принимал участие в оборонительных боях в Молдавской и Украинской ССР. Во время боёв на Донбассе Голосов попал в окружение и вышел из него в гражданской одежде и без документов, по причине чего в течение двух месяцев проверялся органами НКВД.
25 декабря 1941 года Голосов был назначен командиром 280-й стрелковой дивизии. 19 мая 1942 года ему было присвоено звание полковника. Под командованием Голосова дивизия участвовала в боях на Курской дуге, прорвав немецкую оборону на рубеже реки Тим, перерезав железную дорогу Курск-Орёл и освободив Курск и железнодорожную станцию Золотухино. Только за время оборонительных боёв на рубеже Туремка-Рудово ей были уничтожены более 9000 солдат и офицеров, сотни единиц техники. В хот е наступления подразделения дивизии уничтожили ещё около 1200 солдат и офицеров противника, захватили большое количество пленных и множество трофеев. За те бои Голосов был представлен к своим первым боевым наградами — орденам Суворова 2-й степени и Красного Знамени.
В дальнейшем дивизия Голосова участвовала в Черниговско-Припятской операции, освободив города Конотоп, Бахмач и Нежин. За эти заслуги 280-я стрелковая дивизия была удостоена почётного наименования «Конотопская» и награждена орденом Красного Знамени.
В конце сентября 1943 года дивизия Голосова участвовала в форсировании Днепра, форсировав его и захватив плацдарм в районе сёл Страхолесье и Ротичи Чернобыльского района Киевской области Украинской ССР. Во время ожесточённых боёв Голосов лично находился на самых сложных участках, личным примером воодушевляя бойцов и командиров. В тех боях части дивизии уничтожили 5571 солдата и офицера противника, 39 артиллерийских орудия, 143 пулемётов, взяли в плен 234 солдат и офицеров, захватили большие военные трофеи. За проявленный героизм, чётко разработанный план форсирования Днепра и захвата плацдара, и дальнейшее успешное наступление командир 77-го стрелкового корпуса генерал-майор П. М. Козлов представил Голосова к званию Героя Советского Союза.
В дальнейшем дивизия Голосова участвовала в освобождении Киева, Житомирско-Бердичевской, Ровно-Луцкой, Проскуровско-Черновицкой операциях. За отличия в боях при освобождении города Коростень она была награждена орденом Суворова 2-й степени. Обойдя Житомир с фланга, части этой дивизии способствовали скорейшему его освобождению. В феврале 1944 года Голосов тяжело заболел и долго лечился в госпитале.
После окончания войны Голосов продолжил службу в Советской Армии. В 1945 году он окончил Высшую военную академию имени К. Е. Ворошилова, после чего командовал 131-м стрелковым корпусом. Участвовал в Параде Победы. В 1948-1950 годах Голосов возглавлял Вольское пехотное училище, затем был военным комиссаром Молотовской области (ныне — Пермский край). В декабре 1951 года он вышел в отставку. Проживал в городе Куйбышеве (ныне — Самара). Умер 19 ноября 1960 года, похоронен на Городском кладбище Самары.
