Родился 25 августа 1921 года, в селе Догой Агинского Бурятского автономного округа в семье скотовода. Окончил Зугалайскую семилетнюю школу. В 1936 году Батожабай поступил в Улан-Удэнский театрально-музыкальный техникум. После окончания техникума начал работать актёром Бурятского драматического театра. Начал писать пьесы, написал несколько одноактных пьес.
После начала Великой Отечественной войны Д. О. Батожабай был призван в армию. В 1941 году окончил Новосибирскую краткосрочную лётную школу. Служил пилотом тяжелого бомбардировщика дальней авиации с 1943 года. Был сбит в небе над Карпатами и последним покинул горящий самолёт с парашютом, попав затем в госпиталь.
После начала Великой Отечественной войны Д. О. Батожабай был призван в армию. В 1941 году окончил Новосибирскую краткосрочную лётную школу. Служил пилотом тяжелого бомбардировщика дальней авиации с 1943 года. Был сбит в небе над Карпатами и последним покинул горящий самолёт с парашютом, попав затем в госпиталь.
После войны с 1945 года по 1952 год работал в газете «Бурят-Монголой унэн», редактором литературной редакции в радиокомитете, художником-оформителем в Агинском округе. В 1945 году издаётся поэма-улигер Батобажая «Юный богатырь Сэнгэ и его друг Сунды Мэргэн», а затем пьеса «Плоды победы». За ней последовали пьесы: «Малшад» («Скотоводы», 1948 год), «Дагбын алдуу» («Ошибка Дагбы», 1949 год), «Агроном болохоб» («Буду агрономом», 1952 год), «Шуубэри» («Выигрыш», 1952 год).
В 1952 году Д. О. Батожабай поступает в Литературный институт им. А. М. Горького. Начинает писать рассказы. В 1954 году Батожабай публикует на русском языке эпическую поэму «Мудрый Сэнгэ», пишет пьесу «Шобдог», многоактные пьесы «Огни на реке» и «Ход конем». В Москве издаются: «Бесхвостый черт» в 1954 году и «Невскрытые конверты» в 1958 году. Пьеса «Огни на реке» и комедия «Ход конем» были поставлены на сцене Бурятского драматического театра.
В 1955 году Батожабай пишет свою первую повесть «Песня табунщика». В 1957 году по повести была снята кинокомедия «Песня табунщика». Сценарий фильма написали Батобажай, К. Б. Минц и Е. М. Помещиков. В 1960 году снимается художественный фильм «Золотой дом» по сценарию Батобажая, В. И. Ежова и Г. Цыдынжапова.
С 1959 года по 1965 год Батожабай работает над трилогией «Похищенное счастье». В 1962 году издаётся «Где же ты, моя судьба» (Улан-Удэ, 1962), а в 1970-е годы Батожабай работает над романом «Горные орлы» (Москва, 1978).
В 1955 году Батожабай пишет свою первую повесть «Песня табунщика». В 1957 году по повести была снята кинокомедия «Песня табунщика». Сценарий фильма написали Батобажай, К. Б. Минц и Е. М. Помещиков. В 1960 году снимается художественный фильм «Золотой дом» по сценарию Батобажая, В. И. Ежова и Г. Цыдынжапова.
С 1959 года по 1965 год Батожабай работает над трилогией «Похищенное счастье». В 1962 году издаётся «Где же ты, моя судьба» (Улан-Удэ, 1962), а в 1970-е годы Батожабай работает над романом «Горные орлы» (Москва, 1978).
Член Союза писателей СССР.
Умер в 1977 году, в Москве