David Douillet a commencé le judo à l'âge de neuf ans, sous les ordres de son père, qui était lui-même pratiquant de ce sport. Sa carrière amateur s'est déroulée au sein du club de Dijon Judo Club.
En 1984, il remporte la médaille d'or aux Championnats de France en catégorie espoirs et se qualifie pour les Jeux olympiques d'été de 1984 à Los Angeles. Malheureusement, il ne peut pas y participer à cause du boycott français décidé par le gouvernement français.
En 1985, Douillet remporte la médaille d'or aux Championnats d'Europe en catégorie espoirs et obtient sa première sélection en équipe de France A, avec laquelle il participera aux Jeux olympiques d'été de 1988 à Séoul.
Il remporte deux médailles d'argent aux Championnats du monde (en 1987 et 1989) et obtient l'or aux Championnats d'Europe en 1990, année où il est également nommé sportif français de l'année.
En 1992, Douillet remporte sa première médaille olympique lors des Jeux olympiques d'été de Barcelone, où il gagne l'or dans la catégorie des +95 kg. Il réédite cette performance quatre ans plus tard aux Jeux olympiques d'été de 1996 à Atlanta.
En 2000, après ses deuxièmes Jeux olympiques, Douillet annonce son retrait de la compétition active et se consacre à l'entraînement des jeunes judokas. Il est nommé officier dans l'ordre national du Mérite en 1997.
Au total, David Douillet a remporté trois médailles d'or olympiques, deux médailles d'argent aux Championnats du monde, une médaille d'or aux Championnats d'Europe et de nombreux titres nationaux. Il est considéré comme l'un des meilleurs pratiquants de judo français de tous les temps.