Dexter y Rita, junto con sus tres hijos, se han mudado a otro barrio. Padre de su primer hijo biológico, Dexter debe acostumbrarse a su nueva vida como cabeza de familia. Por otro lado, Frank Lundy, ahora jubilado, vuelve a Miami siguiéndole la pista a un asesino en serie conocido como Trinity. Al parecer este asesino en serie lleva matando a personas de tres en tres a lo largo de 30 años por EEUU. Obsesionado con él, decide pedirle ayuda a Dexter, pues cree que ahora actuará en Miami.
Mientras Dex conoce la verdadera identidad de Trinity, Arthur Mitchell (John Lithgow), un supuesto buen padre de familia y buen ciudadano, se hace amigo de él bajo la identidad falsa de Kyle Butler. Es así como descubre que no son tan distintos...
En lo personal, Rita empieza a desconfiar de su marido y se apoya en su nuevo vecino, Deb le es infiel a su pareja con Lundy y averigua que Dexter es hermano de su exnovio, el asesino del hielo Brian Mosser. Quinn establece una relación sentimental con Christine Hill, una reportera algo sospechosa, y Batista y LaGuerta dan rienda suelta a su pasión que termina en matrimonio.
En el season final, Dex mata a Trinity pero al llegar a casa, siente que todo terminó y podrá finalmente estar en paz con su familia. Se equivoca, su hijo pequeño está llorando en el baño, encharcado de sangre, mientras que Rita, su mujer, yace muerta en la bañera llena de su propia sangre. La escena es un calco de la vivida por Dexter cuando su madre fue asesinada.

En esta temporada, Dexter mata a un hombre en defensa propia cuando ambos iban a matar a un traficante de drogas llamado Freebo (Mike Erwin). A la mañana siguiente, cuando, en su papel de forense va a investigar, es su hermana quien le informa de que el muerto es el hermano pequeño de Miguel Prado (Jimmy Smits), el asistente del Fiscal del Distrito. Miguel, que cree que quien mató a su hermano Oscar (Nick Hermz) fue Freebo (el cual ha desaparecido) y no Dexter, descubre a Dex después de haber matado a Freebo, alegando éste que fue en defensa propia. Agradecido por matarle, ambos inician una extraña relación de amistad a espaldas del otro hermano de Miguel, Ramón Prado (Jason Manuel Olazabal), un policía que no se fía del nuevo amigo de su hermano. La mujer de Miguel, Sylvia Prado (Valerie Cruz) será la nueva amiga de Rita y confidente cuando crea que su marido mantiene una relación extramatrimonial con su antigua ex novia, Maria LaGuerta.
El caso de esta temporada es el del Despellejador, un asesino que arranca un trozo de piel a sus víctimas. Debra y su nuevo compañero, Joey Quinn (Desmond Harrington), con la ayuda de un confidente de este, Anton Briggs (David Ramsey), saldrán en su búsqueda. A su vez, Asuntos Internos, en representación de Yuki Amado (Liza Lapira), investigará a Quinn. Finalmente la identidad del asesino es George Washington King (Jesse Borrego) bajo la identidad de Jorge Orozco.
Paralelamente, Miguel y Dexter se convierten en colaboradores: mientras Miguel le entrega casos que no han sigo justos, Dexter encuentra en ellos a sus nuevas víctimas. Todo cambia cuando Miguel quiera también matar y Dex no esté de acuerdo. Cuando el fiscal se tome a su primera víctima, enfureciendo a Dex, dejarán de lado su amistad e iniciaran una pequeña guerra de poder que acabará con la muerte de Miguel en manos de Dexter. Antes, Miguel contrata al Despellejador, para que mate a Dexter. No obstante es el propio Dexter quien acaba con la vida de George W. King.
La temporada concluye con la muerte de Miguel y el Despellejador, con la boda de Dex y Rita (la cual está embarazada), con el inicio de una relación entre Debra y Anton, el ascenso de Batista a sargento, y con el conocimiento que Miami vuelve a estar tranquila por un tiempo.

Pasados unos días, Dexter es seguido por su compañero Doakes (Erik King), quién sospecha de él. Debido a ello, Dex no puede matar, pero cuando encuentra la ocasión descubre que la muerte de su hermano le ha dejado secuelas. Es por ello que Rita, notándole extraño, cree que es drogadicto y le da un ultimatum: o va a terapia o su relación se acabará. Así será como Dex asista a esas reuniones y conozca a la extraña Lila West (Jaime Murray), una mujer que se obsesionará con él.
Además, el caso de esta temporada es descubrir la identidad del "Carnicero de la bahía" después de que se encontraran en la bahía Harbor unos cuerpos descuartizados en bolsas de basura. Ese carnicero no es otro que Dexter, quién siempre tiraba allí los cuerpos. A partir de entonces, sus própios compañeros empezaran una búsqueda que él intentará boicotear tras la llegada del agente especial del FBI Frank Lundy (Keith Carradine), un hombre mayor que mantendrá una breve relación con Debra.
En los últimos capítulos, Doakes (Erik King) descubre el secreto de Dex y este lo encarcela, sin saber que hacer con él: no puede matarlo según el código de Harry ni puede dejarlo en libertad ahora que sabe su secreto. La respuesta llegará con la ayuda de Lila (Jaime Murray), la cual provocará una explosión en la caseta donde estaba encerrado Doakes (el cual era el principal sospechoso a ojos de la policía) que acabará con su vida y la "liberación" de Dexter. Después de que Lila sepa que ahora es un peligro para Dex, se marchará a París. Pero "el código de Harry" también es capaz de llegar allí y cobrarse una nueva víctima.