Род. в Москве. Учился в МИФЛИ (1938-41), но не окончил его в связи с уходом добровольцем на фронт. Участник Великой Отеч. войны; пулеметчик, ст. сержант.
Печатается как поэт с 1941: стихотворение “Охота на мамонта” в ж-ле “Октябрь”, № 3 (за подписью Давид Кауфман). Автор кн. стихов: Ближние страны. М., 1958; Второй перевал. М., 1963; Дни. М., 1970; Равноденстие. М., 1972; Волна и камень. М., 1974; Весть. М., 1978; Избранное. М., 1980 (предисловие С.Чупринина); Залив. М., 1981; Линии руки. М., 1981 (предисловие С.Наровчатова); Времена. Книга поэм. М., 1983; Улица Тооминга. Таллин, 1981; Стихотворения. М., "Сов. писатель", 1985; Голоса за холмами. Таллинн, "Ээсти раамат", 1985; Дай выстрадать стихотворенье... М., “Правда”, 1987; Горсть. М., "Сов. писатель", 1989; Беатриче. Таллинн, "Ээсти раамат", 1989. Выпустил также кн. стихов и пьес для детей: Светофор. М., 1962; Слоненок пошел учиться. Пьесы в стихах. М., 1982. Издал Избранные произведения в 2 тт. М., “ХЛ”, 1989 (предисловие И.Шайтанова). Переводил стихи арм., болг., исп., латыш., литов., нем., польск., сербск., турец., укр., франц., эст. поэтов - см., в частности, кн.: Поэты-современники. Стихи зарубежных поэтов в переводе Д.Самойлова.. М., 1963; Тень Солнца. Поэты Литвы в переводе Д.Самойлова. Вильнюс, 1981. Занимался теорией и историей русского стихосложения : Книга о русской рифме. М., 1973, 1982. Участвовал в создании нескольких спектаклей в Театре на Таганке, в “Современнике”, Театре им. Ермоловой, писал песни для театра и кино. Посмертно выпущены кн.: Бездонные мгновения. Стихи Я.Кросса в переводе Д.Самойлова. Стихи Д.Самойлова в переводе Я.Кросса. Таллинн, "Ээсти раамат", 1990; Пярнусский альбом. Таллинн, "Александра", 1991 (в соавторстве с В.Перелыгиным); Из последних стихов. Таллинн, "Александра", 1992; В кругу себя. Пародии, эпиграммы, посвящения, мистификации. М., Вильнюс, 1993; Черта. Кн. стихотворений. М., 1994; Памятные записки. М., "Междунар.отношения", 1995; Беатриче. СПб, “Фалькон”, 1997; За третьим перевалом. СПб, 1997; Возвращение. СПб, “Петрополь”, 1998; Свеча в метели. М., “Зеркало”, 1999; Предназначение. М., “Русская книга”, 1999; Перебирая наши даты. Воспоминания. М., “Вагриус”, 2000; День рождения. Таллинн, 2000 (на рус. и эст. языках); Обычные слова. М., “ЭКСМО-Пресс”, 2000; “Мне выпало все…”. М., “Время”, 2000; Проза поэта. М., “Вагриус”, 2001.
Член СП СССР (1958). Был членом редсовета сб. "Весть" (М., "Кн. палата", 1989).
Награжден орденами Красной звезды, Дружбы народов (1980), Отеч. войны 1-й степени, медалями “За боевые заслуги”, “За освобождение Варшавы”, “За взятие Берлина”, “За победу над Германией”. Засл. деятель культуры Эстонской ССР (1988). Гос. премия СССР (1988), премия ж-ла “ДН” (1972), премии за переводы в Польше и Чехословакии.
С 1976 жил в Пярну Эстонской ССР. Похоронен в Москве.
Библ.: В.Баевский. Давид Самойлов. Поэт и его поколение. М., "Сов. писатель", 1986.