Ο Δημήτρης Παπαμιχαήλ γεννήθηκε στις 29 Αυγούστου του 1934 στον Πειραιά. Σπούδασε ηθοποιός στη Δραματική Σχολή του Εθνικού Θεάτρου, όπου κι έκανε την πρώτη εμφάνισή του με την «Εκάβη» του Ευριπίδη το 1955. Στη συνέχεια και ως το 1960 ερμήνευσε αρκετούς σημαντικούς ρόλους στο «Θέατρο Τέχνης». Η συνάντησή του το 1959 στα κινηματογραφικά πλατώ της ταινίας «Αστέρω» με την Αλίκη Βουγιουκλάκη αποτέλεσε απαρχή της ιστορίας του διασημότερου ζευγαριού στην ιστορία του ελληνικού κινηματογράφου και του θεάτρου.
Το 1965 ενώθηκαν με τα δεσμά του γάμου και απέκτησαν ένα παιδί, τον Γιάννη. Ωστόσο, ο θυελλώδης γάμος τους δεν κράτησε πολύ. Εκτός από τις δεκάδες ταινίες που γύρισαν μαζί, από το 1964 έως το 1974 συνεργάσθηκαν σε θίασο που συνέστησαν οι δυο τους. Μία από τις πολλές θεατρικές επιτυχίες τους ήταν στο έργο του Μπέρναρντ Σο «Ωραία μου κυρία».
Μετά το διαζύγιό τους, ο Δημήτρης Παπαμιχαήλ στράφηκε περισσότερο στο ποιοτικό θέατρο, που ήδη είχε υπηρετήσει, είτε στο Εθνικό, είτε με τον Κάρολο Κουν. Οι πρωταγωνιστικές του ερμηνείες σε έργα το κλασσικού ρεπερτορίου και την αρχαία τραγωδία αποτελούν σημείο αναφοράς για τους νέους Έλληνες ηθοποιούς. Ο Δημήτρης Παπαμιχαήλ έφυγε από τη ζωή στις 8 Αυγούστου του 2004.
