Дејан Милојевић је био члан младе репрезентације до 22 године са којом је 1998. године освојио златну медаљу на Европском првенству у италијанском Трапанију. Са сениорском репрезентацијом СР Југославије освојио је златну медаљу на Европском првенству 2001. у Турској. Играо је и на Европском првенству 2005. у Србији и Црној Гори.
Као тренер, био је члан стручног штаба репрезентације Србије код селектора Игора Кокошкова, да би у одсуству селектора самостално водио утакмицу нашег националног тима против Грузије у оквиру квалификација за ЕП 2022. и убедљивом победом 92:66 донео Србији пласман на Еуробаскет.
Дејан Милојевић је кошаркашку каријеру почео у КК Беовук из Београда код тренера Мише Лакића. У ФМП Железник је прешао 1998, а после две сезоне у ФМП одлази у Будућност, у чијем је дресу за четири године освојио дуплу круну и у сезони 2000-2001 пласирао се у ТОП 16 Евролиге.
После тих успеха и сјајних партија, 2004. године потписао је за Партизан и постао најбољи играч НЛБ лиге и неколико пута најкориснији играч кола у Евролиги. Са црно-белима је освојио две титуле шампиона Србије и Црне Горе и шампионски прстен у НЛБ лиги, а изабран је и за најбољег играча Јадранске лиге и за најбољег играча Србије и Црне Горе у сезони 2003-2004.
Инострану каријеру је, после Партизана, започео у шпанској Памеси из Валенсије, где је провео две сезоне, да би затим сезону 2008-2009. провео у турском Галатасарају. После тога се 2009. вратио у Партизан да заврши каријеру, али је због проблема са коленом убрзо схватио да не може да пружи максимум, па је одлучио да престане са активниом бављењем кошарком.
У октобру 2012. године постао је први тренер Мега Визуре, са којом је 2016. освојио Куп Радивој Кораћ и још два пута стигао до финала националног Купа (2014. и 2015) и једном до финала Јадранске лиге (2016). После успешних година са Мегом, самостално је водио и подгоричку Будућност.
Потом је одлучио да тренерску каријеру настави у НБА лиги, где је од октобра 2021. године био члан стручног штаба Голден стејт Вориорса. Успешно је сарађивао са првим тренером Стивом Кером, пошто је, између осталог, био задужен за рад са центрима. Са Вориорсима је освојио НБА титулу у сезони 2021-2022.
КОШАРКАШКИ САВЕЗ ВОЈВОДИНЕ
Иван Грујин, председник