Димитър Младенов е възпитаник на футболната школа на „Ботев“ – треньори Иван Митев, Александър Бахчеванджиев и Косю Енчев. Започва да играе в представителния отбор още в юношеска възраст. В представителния тим е привлечен през 1979 година. В продължение на два сезона (1989-1991 година) носи екипа на ЦСКА (София).
В първенствата на „А“ РФГ участва в 306 срещи (260 за „Ботев“) и отбелязва З гола (всички с екипа на „канарчетата“). С „Ботев“ печели Купата на Съветската армия за 1981 година, сребърен медал (1986 година) и 5 бронзови медала (за 1981, 1983, 1985, 1987 и 1988 година). С екипа на ЦСКА (Сф) е по веднъж шампион на страната и носител на Купата на Съветската армия. Като състезател на „Ботев“ е привлечен за участие във всички национални гарнитури на страната. Взима участие в 11 срещи на Младежкия национален отбор (до 21 години), в 6 срещи на Олимпийския отбор, в 3 срещи в „Б“ национален отбор и в 13 срещи на „А“ национален отбор. С екипа на „Ботев“ взема участие в около 65 официални и приятелски международни срещи (3 гола) и в около 65 контролни срещи (2 гола) и около 70 срещи за КСА и КБ (2 гола). През 1981 г. е удостоен със званието „майстор на спорта“.