На гърба на сватбената снимка на неговите родители, майка му Веса Харизанова с молив е отбелязала друго важно събитие в живота на сем. Димови: „На 25 юни 1909г. в 4 часа и 3 минути след пладне, четвъртък , ни се роди момче в гр. Ловеч”.
След няколко месеца семейството на офицера Тодор Димов напуска града и бъдещият професор и писател скъсва завинаги с родния си град.
Димитър Димов завършва гимназия в София през 1927 година. Записва право в Софийския университет, завършва един семестър и се прехвърля във Ветеринарно- медицинския факултет. Дипломира се през 1934 година. Работи като участъков лекар в Софийско, в Кюстендилско, в Кнежа, Борима, Троянско. През това време усилено се готви за научна работа. От 1939 г. е асистент във Ветеринарно-медицинския факултет на Софийския университет. В началото на 1943 г. заминава на специализация в института „Рамон-и-Кахал” в Мадрид. От 1946 г. е доцент в Агрономическия факултет в Пловдив, 1949 г. доц. в Селскостопанската академия в София. От 1953 г. е професор по анатомия, ембриология и хистология на гръбначните животни във Висшия селскостопански институт – София. Автор е на 20 научноизследователски труда.
Сътрудничи с разкази и пътеписи в литературни периодични издания. Автор е на романите „Поручик Бенц” (1938), „Осъдени души” (1945), „Тютюн” (1951 – първото издание), пиесите „Виновният”(1961),
„Жени с минало”(1959), „Почивка н Арко Ирис”(1963). Два от романите са екранизирани – „Тютюн”(премиера 5 ноември 1962), „Осъдени души”(премиера 10 октомври 1975).
Димитър Димов утвърждава в българската литература модерен художествен стил. „Той е между най-добрите майстори на психологическия анализ в романа и на диалога в драмата”(Любен Георгиев).
Книгите му са преведени на руски, румънски, полски, унгарски, турски, немски, испански, словашки, естонски езици и са издадени в Полша, Румъния, Чехия, СССР, Гърция, Мексико, Монголия, Япония.
Творчеството му е високо оценено и още през 1946 г. получава награда на фонда „В.Дервентска” за романа „Осъдени души”; през 1952 г. – Димитровска премия I степен за романа „Тютюн”; 1959 г. – награден с орден „Червено знаме на труда”; 1960 г. – получава втора награда за „Жени с минало” на Първия национален преглед на българската драма и театър; 1963 г. – първа награда за филма „Тютюн” на кинофестинала Варна-63; 1964 г. – Втора награда за „Почивка в Арко Ирис” на Третия национален преглед на българската драма и театър; 1975 г. Първа награда за филма „Осъдени души” – златен медал наVIМеждународен кинофестивал на червенокръстките и здравни филми Варна-75.
От 1964 г. до смъртта си е председател на Съюза на българските писатели.
Умира на 1 април 1966 г. в Букурещ, Румъния.
Клубът на писателите-лекари и къщата-музей „Димитър Димов” учредяват литературна награда „Димитър Димов” – парична и статуетка. В конкурса могат да участват автори ветеринарни или хуманни лекари. През 1997 г. наградата е връчена за първи път на Любен Станев. Носители на тази награда са Валери Петров, Фани Цуракона, Лилия Райчева, Рада Москова, Любомир Калудов, Златомир Коларов, Стефан Цанев.