Димитър Попов завършва "Право" в Софийския университет през 1950 г. За кратко работи като миньор (1953 - 1955), след което е юрисконсулт в София в Съюза на българските автомобилисти (СБА).

От 1972 до 1990 г. е съдия в Софийски градски съд, а от 1 март 1990 до 1 юли 1992 г. е негов председател.

На 4 януари 1991 година Попов подписва споразумение между политическите сили, представени във Великото Народно събрание, за гарантиране на мирния преход към демократично общество. Правителството на Димитър Попов обявява новата конституция на България на 14 юни 1991 година.

На 8 ноември 1991 година, Димитър Попов предава премиерския пост на лидера на СДС Филип Димитров.

През 1992 г. Попов неуспешно се кандидатира за президент от Българската национална демократическа партия.

Димитър Попов е вторият най-дълго живял министър-председател на България след Стоян Данев.