Димитър Талев Петров-Палисламов е роден на 1 септември 1898 г. в град Прилеп, Македония. Расте в семейството на майстор железар и ковач. Негов брат е революционерът от ВМОРО Георги Талев. На 9-годишна възраст остава без баща. Балканската война, Междусъюзническата война и Първата световна война определят безсистемното му образование; учи с прекъсвания в Прилеп, Солун, Скопие, Стара Загора; завършва гимназия в Битоля през 1920 г. След гимназията Талев посещава лекции в чужбина по медицина и по философия. Следва по един семестър в Загреб и Виена през 1920-1921 г. Изучава и завършва българска филология в Софийския университет през 1925 г.
Талев не е бил много религиозен, но е споделял напълно моралните принципи на християнството.
През 1927 е привлечен като коректор във в. “Македония”. През 1929 г. поема поста редактор, а на следващата година става главен редактор. Димитър Талев става сътрудник към вестник “Зора” – най-авторитетният вестник по това време, вестникът на интелигенцията.
Обявен е за националист и е изключен от Съюза на българските писатели.
През октомври 1944 г. е арестуван без официално обвинение, без съд и присъда, с упреци за “прояви на великобългарски шовинизъм”. Задържан е в Софийския централен затвор, след това е изпратен в “трудово-изправително селище” в Бобовдол. През октомври 1947 г. Талев отново е арестуван .
Здравословното състояние на Талев се влошава и той получава тежка язва. Въпреки това той е въдворен на работа в мина Перник, рудник “Куциян” (1948). Там Талев е трябвало да се храни с варени кочани зеле без никаква мазнина. В тежките условия е щял да загине, ако не са го спасили съпругата му и сълагерниците (анархиста Христо Колев Йорданов – големия).
След 1948 г. семейството му е изселено от София в Луковит.
В края на 50-те и началото на 60-те години Талев е реабилитиран напълно. Той се посвещава на свободна писателска практика. Преодоляно е и враждебното отношение от страна на властта. Талев е отличен със званията “Заслужил деятел на културата”, “Народен деятел на културата”, става лауреат на Димитровска награда за 1959 г. Избран е дори за народен представител в V-то (31-то) Народно събрание през 1966 г. Умира на 20 октомври 1966 г. в София.