Роден на 25 юни 1909 година в Ловеч, Димитър Димов прекарва детството си в бащината си къща в Дупница, където живее семейството му. Бащата на автора – Тотю Димов – е офицер, който загива на фронта в Междусъюзническата война. Майката на Димов – Веса Харизанова – има забележителен афинитет към литературата, което е предпоставка за целенасочените ѝ опити да превърне сина си в поет или художник. До 10-годишна възраст Димов учи в Дупница. След смъртта на баща му през 1918 година майка му се омъжва повторно за Руси Генев – също офицер. Няколко години по-късно семейството се премества в София, където вторият му баща започва работа като тютюнев експерт, което всъщност предоставя възможност на малкото момче да наблюдава отблизо дейността на работниците и условията, при които протича работният процес в тютюневите складове – наблюдения, които по-късно ще се превърнат в почва, върху която Димов да развие сюжета на най-известната му и обсъждана творба. Интересен факт от родословието на Димитър Димов е родствената му връзка по майчина линия с бележития български революционер Яне Сандански. Дълго време творецът събира сведения за него с намерението да опише живота му в книга, но така и не успява да изпълни това свое намерение.
Образованието си Димитър Димов получава първоначално в училище “Априлов”, а впоследствие завършва Първа мъжка гимназия, която завършва през 1928 година. През годините на началното и гимназиалното си образование Димов развива интерес към различни сфери на науката, като първоначално се насочва към естествените науки като физика и химия, а през последните си години в гимназията е силно повлиян от трудовете на Фройд и проявява и философските науки. За интереса си към науките от философския цикъл Димов споделя:
“За да се оформи един писател, той трябва да се занимава и с философия. Моята философска ерудиция е далеч по-голяма от литературната. За мен ползата от четене на философски книги е много голяма, защото си изяснявам съществените връзки между явленията в света и придобивам цялостен поглед към диалектиката на процесите.”
След като завършва гимназиалното си образование, Димитър Димов се насочва към Ветеринарномедицинския факултет
на СУ, но след края на първия семестър по настояване на втория си баща се прехвърля в Юридическия факултет. Опитът му да следва право не е увенчан с успех и той отново се връща към ветеринарната медицина, като през 1934 година се дипломира. След дипломирането си работи в София, Бургас, Кнежа и други градове в страната. През 1943 година заминава на специализация в Испания в Мадридския институт “Рамон-и-Кахал”. Когато през 1944 година се връща в България, сключва брак с първата си съпруга – Нели Доспевска, от която по-късно има и дъщеря – Сибила. След време се развежда и намира любовта в лицето на Лена Левчева – актриса, която се явява на прослушване за ролята на Ирина във филма “Тютюн”. Бракът между Димов и Левчева е кратък. Третият брак на твореца е с младата дама Лиляна Бушева, от която е и втората му дъщеря – Теодора.
Литературното наследство, което Димов оставя след себе си, включва разкази, пътеписи, пиеси и романи. Творбите, които добиват най-широка популярност, са романите на белетриста – общо три на брой: “Поручик Бенц”, “Осъдени души” и “Тютюн”, издаден в две версии. През 1938 година излиза дебютният роман на Димитър Димов “Поручик Бенц”. В него се наблюдават тематики, образи и мотиви, които са напълно нови за българската литература до това време, както и за българското общество като цяло. Образът на “фаталната” жена, превъплътен в красивата Елена Петрашева, е засегнат за първи път до този момент в българското художествено творчество. Елена Петрашева е жена, съчетаваща ориенталска и европейска фаталност. Дъщеря на българин и французойка, в нея сякаш се преплитат частици и от двата свята. Красотата ѝ е страстна и покоряваща, а животът ѝ – подчинен на единственото желание да изпита силни емоции и преживявания – духовни и физически – без да се интересува от душевните щети, които нанася на своите жертви. Основният потърпевш от нейните действия е немският поручик Бенц, който под влияние на силните си чувства към нея става неин съучастник във всяко нейно действие.
Първият роман на Димов резултира в парадоксално съчетание между невинност и порочност, между големи лични качества и морална деградация. Този мотив, съчетан с образа на фаталната жена, продължава да вълнува твореца и в следващите му произведения. Във втория му роман “Осъдени души”, написан през 1945 година, тези мотиви са още по-ярко изразени и се засягат с още по-голяма сила. Престоят на Димов в Испания, сложната обстановка, която заварва там, току-що приключилата Гражданска война, сблъсъкът на различни възгледи за устройството на обществото, както и проблемите извън политическата страна на конфликта, са все предпоставки, които дават почва на автора, върху която да засее и развие идеята си за едно общество на “осъдени души”. Фундаменталните проблеми на модернизиращото се общество: сблъсъкът между индивидуалност и традиция, пролетариат и господстващи класи, църквата със своята представа за ценност срещу все още лутащата се в търсене на себе си модерна личност – тези проблеми Димитър Димов залага в основата на бурния сюжет, развиващ се на фона на конфликтите в размирното испанско общество, допълнен от образите на фаталната жена в лицето на Фани Хорн и традиционния, фанатичния отец Ередиа.
Третият роман на Димов е същевременно най-високо ценената и най-остро критикуваната му художествена творба. Романът “Тютюн” разглежда морала на българското общество в годините на Втората световна война. Разривът между мечти и реалност, разрухата, грехът, самотата, отчуждението, духовната смърт – героите от “Тютюн” преминават през всичко това, за да осъзнаят, че успехът, който преследват през целия си живот, не им донася щастие, а гибел. След излизането на романа за първи път през 1951 година в рецензията, която пише за издателство “Народна култура”, Пантелей Зарев отправя сериозна критика към творбата от гледна точка на социалистическия реализъм –
“Особено сполучливи са описанията на тютюневата стачка, описания, които завладяват трайно, при все че в развитието на стачката е показана главно масата, а не отделните герои. Добре и задълбочено е проследено духовното израждане на представители на буржоазната класа: Борис, Ирина и тяхното обкръжение. Трайно се запомнят някои от образите на герои от средите на работническата класа и на комунистите – Динко и др. – макар че работниците не са изобразени сполучливо в романа. Съществен недостатък на романа е преобладаването на герои от средите на буржоазията, заемащи централно място в повествованието и изобразени с повече сполука и грижа, отколкото представителите на работническата класа и комунистическата партия. Макар и последните образи да са ясни в романа, те не са получили оная детайлна психологическа характеристика, както например Борис, Ирина, главният експерт на “Никотиана” и пр. Това свидетелства за непреодолени влияния на западноевропейската литература върху писателя.”
Въпреки отправените от Зарев критики в рецензията, романът е пуснат за печат и няколко месеца по-късно се радва на високи оценки от българския читател. Няколко месеца поред Димовото произведение постига широк успех, като дори авторът получава поздравително писмо от министър – председателя Вълко Червенков по повод високата оценка на държавника към романа. Писмото обаче не добива публична известност. В края на месец януари 1952 година се провежда събрание в Съюза на българските писатели по повод предложенията за присъждане на Димитровска награда. Романът “Тютюн” е сред номинираните творби, но събужда много яростен отпор от страна на догматичната критика. По този повод се насрочва специално събрание за неговото обсъждане. В началото на месец феврурари се провежда обсъждане на романа в рамките на няколко дни, като тези дебати и до днес са известни с името “Случаят “Тютюн”. В събранието участват общо 23-ма души, като докладчици са Пантелей Зарев и Емил Петров. Изслушват се различни мнения и гледни точки, но в повечето случаи надделява мнението, че в различни аспекти от произведението си Димитър Димов не спазва принципите на социалистическия реализъм. В отговор на тези критики Димов по-късно пише:
“Общото възражение на всички, които ме критикуват неблагоприятно, е, че съм принизил положителните герои в романа “Тютюн”. Сега искам да задам само следните въпроси: Трябва ли положителните герои в един прогресивен роман да бъдат непременно кристално чисти като в някоя утопия? Субективни и обективни фактори не променят ли постоянно ако не съществените, то поне страничните прояви на човешкото поведение? Човешката личност не е ли единство от обществени, класови, социални, психологични и биологични елементи с преобладаване на обществените и класовите? Защо е необходимо да се чудят как да поставят “Тютюн” в прокрустовото ложе на личните си разбирания, когато могат чисто и просто да отрежат главата и краката му? А ако направеха този по-дълбок анализ, “реакционната” ми философия не би изглеждала толкова черна, методът ми – не толкова катастрофално погрешен, “еротиката” и “биологизмите” – не толкова скандални. Като известен недостатък в моето творчество Пантелей Зарев намира склоността ми към сложно фабулиране, силни драми, страстни характери, сгъстени изразни средства. Аз смятам, че сложната действителност, яркостта на епохата и остротата на конфликтите, сред които живеем, заслужават такова отразяване.”
На 16 март във вестник “Работническо дело” излиза редакционна статия, поръчана от Вълко Червенков, под заглавието “За романа “Тютюн” и неговите злополучни критици”. Въпреки че оценката е привидно положителна, в края на статията се препоръчва на автора да преработи романа. По този въпрос съществува пълно единодушие. Това е и причината, поради която през 1954 година излиза втората редакция на романа “Тютюн”. Обемът на романа е увеличен с 260 страници, въведен е нов персонаж – Лила – която да служи като положителен контрапункт на Ирина, някои от сюжетните линии са преработени, за да се мотивира по-добре ролята на партията в пролетарските борби. Това променя изцяло идейния замисъл и напълно измества фокуса на художествения анализ, който преди това Димов поставя върху възхода и падението на личността. Едва през 1990 година романът “Тютюн” излиза отново в автентичния си вид.
След принудителната редакция на “Тютюн”, Димов окончателно се отказва да пише романи и продължава художественото си творчество с написването на няколко пиеси – “Жени с минало”, “Виновният”, “Почивка в Арко Ирис”, а последната му творба е пътеписът “Юлска зима” от 1966 година Димитър Димов умира внезапно на 1 април 1966 година по време на командировка в Букурещ.