Демьян Лаврентьевич Горбатюк родился 22 января 1941 года в селе Тынное Ровенской области в крестьянской семье. Выпускник Киевского медицинского института имени акад. А. А. Богомольца (ныне Национальный медицинский университет имени А. А. Богомольца).
В 1966 году, после окончании института работал хирургом участковой и районной больниц в Каневском районе Черкасской области. Окончил целевую аспирантуру Московского государственного университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы. Ученик и последователь московской научной хирургической школы академика В. В. Кованова, академика И. Д. Кирпатовского и Киевской научной школы академика К. И. Кульчицкого.После окончания аспирантуры работал ассистентом кафедры оперативной хирургии в Киевском медицинском институте имени акад. А. А. Богомольца.
С 1980 года — доцент кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии Киевского государственного института усовершенствования врачей.Область научных интересов Демьяна Горбатюка — изучение вопросов морфо-функциональных аспектов влияния тепловой ишемии и других факторов на мужскую репродуктивную систему, определение оптимальных сроков хирургической коррекции врожденных пороков развития репродуктивной системы мужчин.Демьян Лаврентьевич Горбатюк является автором около 300 научных работ, нескольких изобретений в области хирургии.Подготовил более 10 кандидатов и докторов медицинских наук.