Димитър Пенев е играл на сцените на театрите в Разград, Търговище, Смолян и Шумен. Бил актьор и зам. директор на ДТ „Владимир Трандафилов“ от 1959 г. до 1964 г., когато директор на театъра е акад. Хачо Бояджиев /виж отделна статия/. По същото време актриса в театъра е и съпругата му Людмила Пенева /виж отделна статия/.
Димитър и Людмила Пеневи са родители на проф. д-р Милена Димитрова Пенева /виж отделна статия/.