Дэвид Пэймер родился в семье музыканта и бывшего бизнесмена Марвина и его жены Сильвии, работавшей в сфере турбизнеса. Семья матери актёра во время Второй мировой сбежала из Бельгии. Родители Пэймера, имевшие традиционное еврейское воспитание, настаивали, чтобы юный Дэвид пошёл учиться на врача или юриста. Но Дэвид с раннего детства мечтал быть актёром. Когда отец оставил бизнес и решил заняться музыкой, это лишь больше укрепило Пэймера-младшего в его устремлениях.

Он закончил Мичиганский университет, получив статус бакалавра искусств. Учился в Институте Ли Страсберга в Профессиональной Школе Исполнительных видов искусства.

Карьеру в кино Дэвид Пэймер начал в 1979 году с криминальной комедии Артура Хиллера «Свояки»