Fils d'Alma et de Donald Wahlberg, il grandit à Dorchester, un quartier ouvrier de Boston.

Il fait partie du célèbre boys band américain les New Kids on the Block dans les années 1980-1990, puis à partir de leur reformation en 2008.

Il est le frère aîné de Mark Wahlberg (1971). Ce dernier, décidant de laisser derrière lui son existence de voyou, reçoit l'aide de Donnie, lui permettant de développer son talent musical au sein d'un groupe de hip-hop, Marky Mark and the Funky Bunch, qui sort deux albums remportant un certain succès aux États-Unis.

La carrière d'acteur de Donnie débute en 1996 avec Bullet, mais c'est avec les rôles du patient de Bruce Willis dans Sixième Sens, dans la séquence du début, et du lieutenant Lipton dans Frères d'armes, qu'il se fait remarquer.

Par la suite, il est vu dans des films tels que Saw 2, Saw 3 et Saw 4, Dreamcatcher, La Loi et l'ordre et des séries télévisées comme Boomtown, The Kill Point et dès 2010 Blue Bloods.

Il repart en tournée en 2010 avec les NKOTB puis à nouveau en 2011, où la tournée s'appelle NKOTBSB car les Backstreet Boys les rejoignent (sauf Kevin R

Il divorce en 2008 après 9 ans de mariage avec Kim Fey et a deux enfants, Xavier Alexander Wahlberg (4 mars 1993) et Elijah Hendrix Wahlberg (20 août 2001).