Syn agenta ubezpieczeniowego. David Wayne uczęszczał do Western Michigan University. Podczas pracy jako stażysta w Cleveland, Wayne został zaangażowany do lokalnego teatru. W 1938 roku wystąpił po raz pierwszy na scenie w Nowym Jorku w sztuce "Escape This Night". Po wybuchu II Wojny Światowej zgłosił się do korpusu medycznego i służył też jako kierowca Czerwonego Krzyża w Północnej Afryce. Jego kariera sceniczna rozkręciła się prawdziwie dopiero po wojnie. Był pierwszym aktorem, który zdobył nagrodę "Tony". W 1947 roku rozpoczął występy w filmach (Portrait of Jennie) i wystąpił razem z parą Tracy/Hepburn w komedii Adam's Rib (1949), gdzie zagrał kompozytora Kipa Laurie. Wystąpił też u boku Marilyn Monroe w "Jak Poślubić Milionera" (1953) i "We're Not Married".