Avant sa carrière d'acteur, David Birney a servi dans l'armée américaine en tant que sergent. Il a commencé sa carrière au théâtre à Broadway et a joué des rôles secondaires dans plusieurs films au milieu des années 1960, tels que *The Group* (1966) et *The Tiger Makes Out* (1967).
Il a fait ses débuts à la télévision en jouant le rôle de l'assistant du procureur dans la série télévisée *The F.B.I.* en 1965-1966. Ses rôles ultérieurs comprennent ceux d'un étudiant dans la sitcom *That Was the Week That Was* (1967), de l'agent du FBI dans la série télévisée *The Invaders* (1967-1968) et de Frank McCluskey dans la série télévisée *Adam-12* (1968-1970).
En 1970, il a obtenu son premier rôle principal en interprétant George dans la sitcom *George and Margaret*. En 1973, il a été choisi pour le rôle de Steve Karp dans la série télévisée *Mary Tyler Moore* et l'a joué jusqu'en 1976. Pendant cette période, il est retourné à Broadway pour interpréter le rôle principal dans la pièce *The Prisoner of Second Avenue*.
De 1973 à 1975, David Birney a également joué le rôle de Gary Shepherd dans la sitcom *Dixie Dugan*, qui s'est arrêtée après trois saisons. Depuis cette époque, il a continué à jouer des rôles secondaires dans diverses productions télévisées et cinématographiques.
En 1980, il a rejoint le casting de la série télévisée *Battlestar Galactica*, où il a interprété le rôle du colonel John Boomer jusqu'en 1981. Il a également joué dans la série télévisée *La croisière s'amuse* en 1983-1984 et dans la sitcom *The New Leave It to Beaver* (1980) et *Growing Pains* (1985-1987).
En 2016, David Birney a rejoint le casting de la série télévisée d'anthologie *American Crime* dans le rôle d'un détective. Il continue à travailler occasionnellement à la télévision et au cinéma en 2021.