Ο Δημήτρης Καραχάλιος γεννήθηκε στο χωριό Αργολικό Αργολίδας, λίγα χιλιόμετρα από το Ναύπλιο, το 1929. Ο πατέρας του ήταν δάσκαλος και η μητέρα του αγρότισσα. Τελείωσε το γυμνάσιο στο Άργος, σπούδασε νομικά στο Πανεπιστήμιο Αθηνών και άσκησε το επάγγελμα του δικηγόρου. Τον Ιανουάριο του 1944 οργανώθηκε στην ΕΠΟΝ. Μετά τη δολοφονία του Γρηγόρη Λαμπράκη, στο δικηγορικό του γραφείο ιδρύθηκε η Δημοκρατική Κίνηση Νέων Γρηγόρης Λαμπράκης. Συμμετείχε στο πενταμελές γραφείο της Κίνησης. Μετά την ένωση της ΔΚΝΓΛ με τη Νεολαία της ΕΔΑ εκλέχτηκε στο Γραφείο της Δημοκρατικής Νεολαίας Λαμπράκη. Μετά την κήρυξη της δικτατορίας κατέφυγε στη Ρώμη της Ιταλίας όπου αγωνίστηκε μέσα από τις γραμμές του Πατριωτικού Μετώπου (ΠΑΜ). Στη διάσπαση του ΚΚΕ τον Φεβρουάριο του 1968 τάχθηκε με το ΚΚΕ εσωτερικού.

Είναι παντρεμένος με την αρχιτέκτονα Αμαλία Παναγιωτοπούλου.