Дмитрий Иванович Багалей родился 26 октября 1857 года в Киеве в семье ремесленника. В 1876 году после окончания 2-й Киевской гимназии Багалей поступил в Киевский университет св. Владимира, где его учителем стал Владимир Бонифатьевич Антонович. Антонович был незаурядным педагогом. В 80–90-е годы XIX века его учениками были А. М. Андрияшев, М. В. Довнар-Запольский, М. С. Грушевский, В. Г. Ляскоронский и другие известные историки. Общие принципы в выборе тем и методологии исследований позволили назвать сформированную Антоновичем школу областнической: многочисленные публикации его учеников касались прежде всего истории и географии различных областей Древнерусского государства.
В 1879 году предложенная Антоновичем тема по истории Северской земли была взята сразу двумя студентами – третьекурсником П. В. Голубовским и четверокурсником Багалеем; на следующий год они представили сочинения под одинаковыми названиями и оба получили медали. При этом работа Багалея удостоилась значительно более восторженного отзыва Антоновича, чем труд Голубовского.
Столь успешное начало научной деятельности привело к оставлению Багалея для подготовки к профессорскому званию при кафедре русской истории университета св. Владимира в 1880 году. Далее в его биографию вмешалось следующее обстоятельство: в Харьковском университете уже много лет пустовала кафедра русской истории, и киевские украинофилы решили попытаться направить туда своего кандидата (Багалей с юности принимал участие в украинском общественном движении), а поскольку к занятию кафедры готовился оставленный при Харьковском университете П. Буцинский, и, кроме того, на объявленный конкурс подали документы также магистрант Киевского университета И. А. Линниченко и магистр В. И. Семевский из Петербурга, то нужно было спешить с «остепенением» собственного кандидата. Эти причины помогли ускорить защиту диссертации, тем более что тема ее совпала с темой медальной работы и была посвящена, таким образом, истории Северской земли. Руководитель Багалея Антонович, правда, отмечал в отзыве, что текст был значительно переработан и дополнен. Другие историки придерживались более критической точки зрения. Так, один из учеников Антоновича и конкурент Багалея по конкурсу в Харькове, И. А. Линниченко, увидел в книге немало незакавыченных заимствований из трудов других авторов. Справедливости ради стоит отметить, что и сам Багалей на склоне лет признавал невысокий уровень своего магистерского сочинения. Но, так или иначе, в дальнейшем вся жизнь Багалея была связана с Харьковом – получив магистерскую степень, он избирается экстраординарным, а с 1887 года и ординарным профессором Харьковского университета. Выслужив положенный 25-летний срок, в 1908 году он стал заслуженным профессором. В 1906–1911 годах исполнял обязанности ректора ставшего для него родным учебного заведения.
