Ο Δημήτρης Πλάντζος είναι κάτοχος πτυχίου Ιστορίας και Αρχαιολογίας (κατεύθυνση Αρχαιολογίας και Ιστορίας της Τέχνης) από το ΕΚΠΑ, και μεταπτυχιακού διπλώματος ειδίκευσης στην Κλασική Αρχαιολογία και διδακτορικού διπλώματος στην Κλασική Αρχαιολογία από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Πριν από την εκλογή του στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών ήταν Επίκουρος Καθηγητής Κλασικής Αρχαιολογίας στα Πανεπιστήμια Ιωαννίνων και Πελοποννήσου, και μεταδιδακτορικός ερευνητής (με υποτροφία της Βρετανικής Ακαδημίας) στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Στην Ελλάδα, έχει επίσης εργαστεί ως επιμελητής στο Μουσείο Κυκλαδικής Τέχνης και στο Μουσείο Κοσμήματος Ηλία Λαλαούνη, ενώ από το 2006 συνεργάζεται με το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο ως Σύμβουλος-Καθηγητής.

Τα ερευνητικά ενδιαφέροντά του περιλαμβάνουν την αρχαία ελληνική τέχνη, την αρχαιολογική θεωρία, και τις νεωτερικές προσλήψεις του κλασικού πολιτισμού. Έχει συγγράψει τις μονογραφίες HellenisticEngravedGems (Oxford University Press 1999), Φιλοστράτου Εικόνες. Εισαγωγή, μετάφραση, σχόλια (Κατάρτι 2006), Οι αρχαιολογίες του κλασικού. Αναθεωρώντας τον εμπειρικό κανόνα (Εκδόσεις του Εικοστού Πρώτου 2014), Ελληνική τέχνη και αρχαιολογία, 1200-30 π.Χ. (Καπόν 2016²), Το πρόσφατο μέλλον. Η κλασική αρχαιότητα ως βιοπολιτικό εργαλείο (Νεφέλη 2016), Η τέχνη της ζωγραφικής στον αρχαιοελληνικό κόσμο (Καπόν 2018), Το χρονικό της Λήμνου. Μύθος – ιστορία – κληρονομιά (Καπόν 2022), Αρχαιοπολιτική (Εκδόσεις του Εικοστού Πρώτου 2023). Έχει επιμεληθεί (μεταξύ άλλων) τους τόμους A Singular Antiquity. Archaeology and Hellenic Identity in Twentieth-Century Greece (με τον Δ. Δαμάσκο, Μουσείο Μπενάκη 2008), A  Companion  to  Greek  Art (με την T.J. Smith, Wiley – Blackwell 2018²), και Τα  μνημεία των  άλλων. Ανεπιθύμητες κληρονομιές στις παρυφές της μνήμης και της λήθης (Νεφέλη 2023). Δύο από τα βιβλία του (Ελληνική τέχνη και αρχαιολογία και Η τέχνη της ζωγραφικής) κυκλοφορούν και στα αγγλικά από τον αμερικανικό εκδοτικό οίκο Lockwood.

Άρθρα και μελέτες του έχουν δημοσιευτεί σε ντόπια και διεθνή επιστημονικά περιοδικά, συλλογικούς τόμους, ειδικά τεύχη περιοδικών, και πανεπιστημιακά ιστολόγια. Έχει συγγράψει λήμματα για το Macmillan Dictionary of Art και το Oxford Classical Dictionary.

Είναι διευθυντής του Ερευνητικού Ινστιτούτου για τις Ψηφιακές Ανθρωπιστικές Επιστήμες του ΕΚΠΑ, συνδιευθυντής (με τον Δ. Δαμάσκο) της Πανεπιστημιακής Ανασκαφής Άργους Ορεστικού, μέλος πολλών ερευνητικών προγραμμάτων διεθνώς, και μέλος της διεθνούς αρχαιολογικής αποστολής στο Πτολεμαϊκό Νεκροταφείο του Σάτμπι στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου.