Нено Димов първоначално завършва 9 френска езикова гимназия "Алфонс дьо Ламартин", а след това математика в Софийския университет през 1991 г. През 1997 г. защитава дисертация по физика към БАН.

От 1997 до 2001 г. е главен секретар на Министерството на околните среди и водите и заместник-министър на околната среда и водите. Между 1997 и 2000 г. е член на Управителния съвет на Европейската агенция по околната среда. Депутат в 40 народно събрание от Демократи за силна България. Той е председател на Института за дясна политика. Носител е на Ордена на Кралство Швеция "Officer First Class" (2000) за принос в процеса на европейска интеграция на Република България.

От 2017 г. е Министър на околната среда и водите на България.

През януари 2020 г. Нено Димов подава оставка. Той е обвинен в умишлена безстопанственост и остава за около 3 месеца в ареста. През април 2020 г. е пуснат под домашен арест.