David Sabatini se graduó de médico en la Universidad del Litoral en Rosario, Argentina, en 1954 y comenzó su carrera de investigación en la Universidad de Buenos Aires en 1956 en el laboratorio de Eduardo De Robertis, uno de los pioneros en biología celular moderna, dónde aplicó la microscopía electrónica y fraccionamiento celular para el estudio de los procesos secretorios de los tejidos endócrino y neurológico.

En 1960, obtuvo el Fellowship de la Fundación Rockefeller por la búsqueda e investigación de la biología celular en los Estados Unidos, primariamente en la Universidad de Yale y posteriormente en la Universidad Rockefeller dónde obtuvo su doctorado en 1966 y continuó como miembro de la facultad hasta 1972.

Durante su breve estadía en la Universidad de Yale, Sabatini se especializó en la introducción de glutaraldehído como un fijador para la microscopía electrónica y estudios citoquímicos. En la Universidad Rockefeller comenzó sus estudios en el tráfico de proteínas con su descubrimiento de la cotranslación translocación y descarga vectorial de nuevos polipéptidos en y a través de la membrana del retículo endoplásmico. Este trabajo guió a su formulación en 1971, junto con Gunter Blobel, de la "Hipótesis de la señal", en la cual se postula que las secuencias aminoterminales peptídicas en las nuevas proteínas secretorias, median en la adhesión de los ribosomas en la membrana del retículo endoplásmico y la consiguiente translocación del polipéptido dentro de la luz del retículo.

Sabatini se unió a la Universidad de Medicina de Nueva York en 1972 para convertirse en profesor y miembro del Departamento de Biología Celular. Hacia los finales de la década del 70, en colaboración con el Dr. Marcelino Cereijido, introdujo el entonces ampliamente adoptado sistema de cultivo celular MDCK para el estudio de la polaridad de células epiteliales.

Posteriormente, en conjunto con el Dr. Enrique Rodriguez-Boulan, anunció el importante descubrimiento de gemación asimétrica de específica de virus envueltos de las diferentes superficies de las células epiteliales polarizadas, un hallazgo que explica la rutas por la cual las infecciones virales se diseminan por el organismo y por la población. Este descubrimiento también propone un modelo el cual ha sido usado ampliamente en su laboratorio y en otras instituciones para el estudio del tránsito de proteínas específicas.

Sabatini recibió muchas distinciones, incluyendo de la Academia Nacional de Ciencias de la Medicina de Estados Unidos. Es miembro de la Academia Americana de Artes y Ciencias, miembro de la Sociedad Americana de Filosofía y asociado extranjero de la Académie des Sciences (Francia).

En 1986, junto con Gunter Blobel recibió el premio E. B. Wison de la Sociedad Americana de Biología Celular, del cual ha sido presidente desde 1978 a 1979. Ha sido reconocido con el Premio Charles Leopold Mayer en 1986 y la Grand Médaille d’Or en 2003 por la Academia Francesa de Ciencias, posteriormente en 2006 fue nombrado Caballero de la Legión de Honor.