Tursunow verließ seine Heimatstadt Moskau im Alter von 12 Jahren, um an der Gorin Tennis Academy in Sacramento, Kalifornien, zu trainieren. Sein Vater Igor, ein ehemaliger Ingenieur, drängte seinen Sohn dazu, Tennisspieler zu werden. Dies führte zu Konflikten und mehreren Versuchen von Dmitri von zuhause fortzulaufen. Seine erste Zeit in den Vereinigten Staaten war schwierig. Tursunow hatte wenig Spaß am Tennis, weil er es für seinen Vater und nicht für sich trainierte. Drei Tage nach seinem Sieg beim ATP-Turnier von ’s-Hertogenbosch 2011 starb Tursunows Vater an Bauchspeicheldrüsenkrebs. In einem Interview vom August 2011 sagte Tursunow, dass er die Beweggründe seines Vaters inzwischen versteht und ihm dafür dankbar ist, dass er mit seinen Mitteln das Beste für seinen Sohn erreichen wollte.[1]
Im Februar 2001 trat er erstmals auf der Challenger Tour an, nachdem er vorher hauptsächlich in den Vereinigten Staaten Turniere der Future-Kategorie gespielt hatte. Dieses Turnier in Dallas konnte er direkt für sich entscheiden. Im selben Monat spielte er in Memphis sein erstes Turnier auf der World Tour, wo er im Viertelfinale gegen den späteren Turniersieger Mark Philippoussis ausschied. Im August erreichte er bei der Doppelkonkurrenz beim Challenger im brasilianischen Gramado an der Seite von Denis Golowanow das Halbfinale. Im Oktober 2002 gewann er gemeinsam mit Peter Luczak das Challengerdoppel im US-amerikanischen Tyler. Im Folgemonat holte er sich mit Martin Verkerk den Titel in Knoxville. Im Mai 2003 erreichte er mit Jack Brasington das Finale von Turin, welches sie verloren. Zwei Monate später erreichte er die die erste Finalrunde nach zwei Jahren; in Aptos musste er sich im Finale Jeff Salzenstein geschlagen geben. Im August erlitt er eine Finalniederlage gegen Ivo Karlović im New Yorker Stadtteil Bronx. Ende August spielte er bei den US Open sein erstes Grand-Slam-Turnier, er kam bis in die dritte Runde, wo er an Xavier Malisse scheiterte. Im September holte er sich zwei Einzeltitel auf der Challenger-Tour und kam damit zum ersten Mal in die Top 100 der Tennisweltrangliste. Im Juni 2004 kam Tursunow bei seinem Debüt in Wimbledon bis in die dritte Runde, wo er Carlos Moyá unterlag. Im August 2004 verlor er zuerst mit Travis Parrott das Finale von Washington, eine Woche später unterlag er in der Halbfinalpartie von Long Island gegen den späteren Titelträger Lleyton Hewitt. Danach musste er bis März 2005 aussetzen, da er bei einem Bootsunfall einen Wirbelbruch erlitt.[2]
Im April 2005 holte er sich bei seinem dritten Turnier nach der Verletzungspause in Rom gemeinsam mit Manuel Jorquera den Challengertitel im Doppel. Zwei Wochen später verloren er und Jorquera das Finale von Sanremo. Im Juni erreichte er in Wimbledon erstmals ein Achtelfinale eines Grand-Slam-Turniers, musste sich dort jedoch dem Franzosen Sébastien Grosjean geschlagen geben. In der Folge der Halbfinalteilnahme in Moskau hatte Tursunow viele gute Turnierergebnisse, wodurch er ein Jahr später zu den 30 besten Spielern der Welt gehörte. Im Oktober 2006 holte er seinen ersten Einzeltitel auf der World Tour, als er in MumbaiTomáš Berdych schlug.
Im Juni 2007 spielte er sich im Londoner Queen’s Club ins Halbfinale, wo er Andy Roddick unterlag. Eine Woche später verlor er das Halbfinale von Nottingham gegen Ivo Karlović. Bis Januar 2008 folgten drei ATP-Titel im Einzel. Außerdem holte er sich an der Seite von Marat Safin in Moskau seinen ersten Doppeltitel auf ATP World Tour. Im Mai 2008 hatte Tursunow sein bestes Ergebnis bei einem Grand-Slam-Turnier, als er in der Doppelkonkurrenz der French Open mit Igor Kunizyn ins Halbfinale einzog, was sie Daniel Nestor und Nenad Zimonjić verloren.
Im Juni 2009 holte er sich in Eastbourne mit einem Sieg über Frank Dancevic den Einzeltitel. Gegen Ende des Finales zog er sich eine Knöchelverletzung zu.[3] Beim nachfolgenden Turnier in Wimbledon musste er sein Erstrundenmatch gegen Mischa Zverev aufgeben. Nach den US Open im August 2009 spielte er bis zum Mai 2010 keine Turniere, sodass er aus den Top 100 herausfiel. Während dieser verletzungsbedingten Pause wurde er am linken Fuß operiert.[4]
Seine ersten Challengertitel nach der Pause gewann er 2011 in Singapur und Bath, in deren Folge er wieder in die Top 100 der Weltrangliste zurückkehrte. Kurz nach Bath kam er auch in das Finale von Athen, wo er die Finalpartie gegen Matthias Bachinger nicht antrat.[5] Seinen letzten Einzeltitel seiner Karriere feierte er im Juni 2011 in ’s-Hertogenbosch, als er Ivan Dodig in zwei Sätzen besiegte. Obwohl er in den nächsten Jahren keine Finalrunden auf höchster Ebene erreichte, konnte er sich wegen guter Leistungen 2013 nach dem Halbfinaleinzug in Valencia wieder in den Top 30 der Weltrangliste platzieren.[4] In den nächsten Jahren folgten größtenteils Erst- und Zweitrundenniederlagen, weshalb er wieder in der Weltrangliste abrutschte. Bei seinem letzten Turnier in Stockton überstand er zunächst die drei Qualifikationsrunden, bevor er im Viertelfinale an Michael Mmoh scheiterte.
Die Vorhand spielte Tursunow rechtshändig, die Rückhand beidhändig. Seine höchste Weltranglistenposition erreichte er im Einzel am 2. Oktober 2006 mit Position 20 und im Doppel mit Position 36 am 16. Juni 2008.
Vom 1. bis 3. Dezember 2006 spielte er erstmals für die russische Davis-Cup-Mannschaft in Moskau und trug mit einem Sieg gegen Andy Roddick dazu bei, dass das russische Team das Finale erreichte und am Ende den Davis Cup 2006 gewann. Die Partie gegen Roddick dauerte 4 Stunden und 48 Minuten und ging mit 6:3, 6:4, 5:7, 3:6, 17:15 an Tursunow.[6] Bis 2014 trat er in 14 Begegnungen im Davis Cup an und gewann 12 von 25 Matches.[7] 2007 gewann er den Hopman Cup zusammen mit Nadja Petrowa gegen Spanien.
Sein letztes Profiturnier bestritt Tusunow im Oktober 2017. Von der Saison 2018 bis 2019 war er Trainer von Aryna Sabalenka.[8] Von Ende Juli bis Anfang Oktober 2022 trainierte er Emma Raducanu.[9][10] Von Oktober 2022 bis März 2023 war er Trainer von Belinda Bencic.[11]
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Russland
Mumbai
Tomáš Berdych
Indianapolis
Frank Dancevic
Bangkok
Benjamin Becker
Sydney
Metz
Eastbourne
’s-Hertogenbosch
Ivan Dodig
Justin Bower
Alejandro Falla
Kolding
Steve Darcis
Alberto Martín
Dnipro
Helsinki
Karol Beck
Singapur
Istanbul
Dubai
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Ernests Gulbis
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Radu Albot
Sergio Roitman
Rom
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Peking
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Tokio
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Jean-Julien Rojer
