I 1994 erstattet Sherinian Kevin Moore som keyboardist i bandet Dream Theater. I opprinnelsen var dette bare midlertidig ettersom bandet trengte noen til å spille keyboard på sin Awake-turné, men i 1995 ble han ansatt som fulltidsmedlem i bandet. Han spilte inn albumene A Change of Seasons (1995), Falling into Infinity (1997) og Once in a LIVEtime (1998) sammen med Dream Theater, før han ble erstattet av Jordan Rudess i 1999. Sherinian spilte en siste konsert med Dream Theater i 2004 i anledning 15. årsdagen et av deres album, When Dream and Day Unite. Denne konserten ble tatt opp og utgitt under navnet When Dream and Day Reunite (2004) av YtseJam Records.