Дечко Узунов е ученик на Чудомир. През 1919 г. е приет за студент в Държавното художествено индустриално училище (днес Национална художествена академия) в класа на проф. Петко Клисуров. Когато общият курс на подготовка завършва през 1922 г. Узунов и състудентът му Иван Пенков заминават за Мюнхен на специализация при проф. Карл фон Маар. Под негово влияние двамата млади художници се запознават с творчеството на майстори като Рембранд ван Рейн, Диего Веласкес, Тициан, Петер Паул Рубенс, Макс Либерман, Франц фон Щук. По същото време в Мюнхен специализират и живеят и други млади български творци като Елисавета Багряна, Фани Мутафова, Чавдар Мутафов, Николай Лилиев, Константин Щъркелов, Симеон Радев, Светослав Минков и други, които формират приятелското обкръжение на Узунов, а също и стават модели за портретите му.

След завръщането си в България завършва образованието си в Художествената академия през 1924 г., в класа на проф. Стефан Иванов, като му преподават и други майстори на четката - Цено Тодоров, Иван Ангелов, Никола Маринов. От 1926 г. работи като щатен художник в Министерство на просветата до 1932 г., когато започва да преподава живопис в Художествената академия. Извънреден професор е от 1937 г., а редовен - от 1942 до 1963 г. Сред учениците му са художниците Атанас Пацев, Георги Баев, Калина Тасева, Лика Янко, Мария Столарова, Светлин Русев, Георги Божков.

Участва в почти всички общи художествени изложби на дружеството "Родно изкуство" в България и в чужбина (Белград, Пилзен, Ню Йорк, Атина, Берлин, Будапеща, Москва, Ереван, Хамбург, Виена). Прави шест самостоятелни изложби в София и по една в Казанлък и Сливен. В чужбина прави самостоятелни изложби в Белград, Букурещ, Будапеща, Москва, Париж, Базел, Мюнхен, Кувейт, Пекин.

Дечко Узунов има две сестри, от които има четирима племенници: скулпторката Елена Вълчанова, живописеца Пеню Вълчанов, графѝка Христо Нейков и художника (график, живописец и илюстратор) Атанас Нейков. Те са преките наследници на Узунов и даряват голяма част от творбите му за двете къщи музеи на художника в София и Казанлък. Негов доведен син е спортният журналист Ричард Груев.

Художествената гимназия в Казанлък е прекръстена в чест на Дечко Узунов на Национална гимназия по пластични изкуства и дизайн "Академик Дечко Узунов".