Артём Дзюба является воспитанником московского «Спартака», в 2006-м году он дебютировал в основном составе команды. До перехода в тольяттинский клуб форвард провёл более четырёхсот матчей в элите российского футбола за «Спартак», «Зенит», «Томь», «Ростов», «Арсенал» и «Локомотив» (422 матча, 160 голов и 95 голевых передач).

Дзюба имеет богатый опыт выступления в еврокубковых турнирах: 30 встреч (9+6) в рамках Лиги Чемпионов и 25 (6+8) — в Лиге Европы. В составе санкт-петербургского «Зенита» Артём становился четырёхкратным чемпионом России, трёхкратным обладателем Кубка России, четырёхкратным обладателем Суперкубка России. Также Дзюба поиграл в турецкой Суперлиге за «Адана Демирспор».

Нападающий участвовал в финальной части ЧЕ-2016 и ЧЕ-2020. На домашнем мундиале в 2018 году Дзюба вместе со сборной России дошёл до четвертьфинала, оформив три мяча и две голевые передачи. В числе многочисленных регалий Артёма значится звание заслуженного мастера спорта России. Всего в составе национальной команды Дзюба сыграл 56 матчей (31 гол и 16 голевых передач).

Артём Дзюба перешёл в «Акрон» 12 сентября 2024 года. В дебютном для тольяттинцев розыгрыше МИР РПЛ Артём сыграл 22 матча, в которых забил девять мячей и отдал семь голевых передач. В FONBET Кубке России игрок провёл две игры и отметился голом.

9 марта 2025 года в гостевой игре с самарскими «Крыльями Советов» форвард тольяттинцев стал единоличным лидером списка российских бомбардиров, забив 234-й мяч в своей карьере.

Артём Дзюба – первый игрок «Акрона», вызванный в сборную России, а также выведший национальную команду на поле с капитанской повязкой. Артём Дзюба стал лучшим бомбардиром в истории сборной России. 19 марта 2025 года гол в товарищеском матче в ворота сборной Гренады стал рекордным 31-м для нападающего «Акрона» в майке национальной команды. Ранее Дзюба делил первое место в списке бомбардиров национальной команды с Александром Кержаковым.

Артём набрал 272 очка по системе гол+пас в матчах РПЛ, тем самым, весной 2025 года обойдя лидера по этому показателю Дмитрия Лоськова.