Роден е като извънбрачно дете на 6 октомври 1964 г. в София. Майка му е от Русе и поради липса на средства и възможности го дава за осиновяване на леля си, която е била първа дама в царския дворец преди 1944 г. и съпруга на индустриалеца Димитър Маринов – председател на Камарата на индустриалците в България/1937-44 г./. Убит по политически причини през 1945 г. Осиновителката му го кръщава на името на убития си съпруг и още в най-ранна възраст го насочва по пътя на изкуството. Едва 4 годишен започва да свири на цигулка, а 11 годишен вече е първа цигулка на Детската филхармония „Пионер“, под диригентството на проф. Влади Симеонов. С оркестъра гастролира в редица страни в Европа, в Мексико и Бразилия и участва в заключителния концерт в Ню Йорк на 10 декември 1979 г. в чест на  Годината на детето, в тържествената зала на ООН, като диригент на една от оркестрациите по време на репетицията е Ленард Бърнстейн. За изненада на близки, познати и приятели вместо да продължи образованието си в сферата на изкуството, защото и рисуването му се отдава, той се записва в Техникума по железопътен транспорт „Никола Корчев“, където отново е отличник, свири на тромпет в училищния духов оркестър и се дипломира като „железопътен диспечер“. През 1982 г., след като взема уроци по актьорско майсторство при Невена Коканова, кандидатства, класиран е на първо място и е приет за студент във ВИТИЗ „Кръстьо Сарафов“ заедно с Чочо Попйорданов и Христо Шопов, но е принуден първо да отбие редовната си военна служба. В казармата, в Артилерийския полк в гр.Карлово, отново се включва в художествената самодейност, но е подложен на разпити и издевателства поради произхода си и заедно с Валери Вангелов – български акробат, вписан в книгата на Гинес за изпълнението си на тройно салто, решават да избягат в чужбина през 1983 г. Заловени са на границата и Димитър Маринов е осъден на 3 години и половина затвор. Освободен е след 2 години 6 месеца и 10 дни зад решетките. Излиза от затвора през 1986 г. и постъпва на работа като  чистач нощна смяна в театър „Сълза и смях“. Същата година кандидатства отново във ВИТИЗ, но по време на последния кръг от изпитите е отстранен поради неблагонадежност. При излизане от изпитната зала го среща тогавашният директор на Видинския драматичен театър Петко Петков/виж отделна статия/ и го кани за стажант актьор във видинската театрална трупа. Той приема.

Пристигайки във Видин Димитър Маринов веднага се включва в репетициите на пиесата „Щуро племе“ по разкази на Славе Македонски, под режисурата на Йосиф Венков. През 1988 г. същата пиеса печели първо място на националния преглед на театрите в гр. Плевен, а той получава първа награда в категорията „Млад актьор“. Следват още много роли в различни спектакли – „Декамерон“, „Скъпа Елена Сергеевна“, „Дванадесета нощ“ и др.. През 1988 г. се създава и така наречената театрална студия „Младежка сцена“, в която той активно се включва и под чиято егида е поставена пиесата „Плешивата певица“ от Йожен Йонеску, превърнала се в своеобразен символ на абсурдния театър и пожънала сериозен успех сред театралната публика. Димитър Маринов активно сътрудничи и на младежката формация „Север“, създадена към тогавашния Окръжен младежки дом.

През 1988 г. Димитър Маринов става актьор по т.н. чл.9, но през 1989 г. след поредното си кандидатстване най-после е приет във ВИТИЗ и то в класа на Крикор Азарян, в който от този випуск са такива театрални звезди като Койна Русева, Лиза Шопова, Стефан Вълдобрев, Камен Донев, Стефан Денолюбов, Мариус Куркински, Лилия Маравиля и др. През 1990 г. той, заедно с Петър Слабаков е един от 17-те бити и арестувани протестиращи пред култовото заведение „Кристал“. Същата година се включва във фолк-джаз театралната формация „Мистериозни гласове“ заедно с Йълдъз Ибрахимова, Андрей Баташов, Румен Цонев и Даниел Цочев и през лятото и есента правят турне в Европа, Канада и САЩ. Когато турнето им в САЩ приключва той не се качва с колегите си на самолета в гр. Ноксвил, щата Тенеси и поема по пътя на емиграцията. Работи като уличен музикант, мияч в заведения, художник, строителен работник, барман. През 1993 г. се премества да живее в Сан Диего , където отново е наемен работник по строежите и в ресторанти, хотели и заведения, докато не става собственик на кафене и не открива първата българска пицария „Балкан“. По-късно продава бизнеса си и става преподавател по актьорско майсторство в университета в Сан Диего, като открива и собствена школа със същия профил и едновременно от 1999 г. е вече и актьор от трупата на местния театър, където още в първия си сезон прави три роли. Печели и първа награда на публиката и златната значка на обединението на актьорите През 2003 г. се оженва за Дженифър. През 2005 г. в ролята на Казанова  в мюзикъла „Комедия дел Арте“ завоюва безспорен успех в Сан Франциско. През 2006 г. със съпругата си и първородния си син Йордан се преместват в Коста Рика и той става собственик на комплекс от ресторант, бар и мотел, носещи името „Dimiter, s Castle“, след 3 години отново се завръщат в Сан Диего и Димитър Маринов решава да се отдаде изцяло на актьорското изкуство. За решението му  го провокира Башар Рахал, който е видински зет. След явяване на кастинги Димитър получава и първата си по-значима  холивудска роля във филма „Мъже от стомана“/2009/ и участва в рекламни клипове. Има роли и в няколко сериала, най-известният от които е „The Americans“. През 2016 г. се завръща в България и се снима във филма „Снимки с Юки“ по сценарии на Димитър Стоянович и под режисурата на Лъчезар Аврамов.

Звездата му на актьор от голяма величина изгрява във филма „Зелената книга“, който спечели наградата „Оскар“ за 2019 г. Качвайки се на сцената с екипа на филма за получаване на наградата Димитър Маринов развя българското национално знаме и заяви българската си националност, което впечатли и присъстващите в залата и всички зрители на бляскавата церемония. Филмът е на режисьора Питър Фарели, а продуцент е Стивън Стилбърг. В него той е в главната подържаща роля пресъздавайки образа на руснака виолончелист Юрий Тахт, а в главните роли са филмовите звезди Виго Мортенсен и Махершала Али.

В своята филмова кариера Димитър Маринов си е партнирал с едни от най-популярните актьори в света – Кийфър Съдърланд, Джеф Бриджис, Памела Адлон, Селена Гомес, Марк Хармън, Енди Самберг, Роберт Патрик, Стийвен Бауър, Роб Ригли, Бил Хейдър, Зак Галифиниакис и др. Снимал е рекламни клипове с Аштън Кътчър и е участвал няколко пъти в най-популярното в САЩ телевизионното шоу   NCIS с Матю Пери.

Има двама сина, носещи българските имена Йордан и Михаил.