Ο Δημήτρης Μητρόπουλος γεννήθηκε στην Αθήνα στις 18 Φεβρουαρίου του 1896. Το 1910 γράφτηκε στο Ωδείο Αθηνών όπου σπούδασε πιάνο με τον Ludwig von Wassenhoven και σύνθεση με τον Armand Marsick. Πολύ νωρίς και πριν ακόμη πάρει το δίπλωμα του έγραφε τραγούδια και συνέθετε κομμάτια για πιάνο. Η πρώτη δημόσια εμφάνιση του σε συναυλία έγινε στις 22 Μαρτίου 1913, στο πρόγραμμα της οποίας περιλαμβανόταν και η σύνθεση του Μητρόπουλου Un morceau de concert. Το 1915 σε συναυλία της Συμφωνικής Ορχήστρας του Ωδείου Αθηνών, ο Δημήτης Μητρόπουλος διηύθυνε ένα δικό του έργο την Ταφή. Σε ηλικία 22 χρονών έγραψε μιά όπερα Soeur Beatrice, σε κείμενο του M. Maeterlinck, που παίχτηκε το 1920 στο τότε Δημοτικό Θέατρο με την Κατίνα Παξινού στον πρώτο ρόλο. Ως το 1937 συνέθετε διάφορα έργα για πιάνο, ορχήστρα, έγραφε μουσική δωματίου, τραγούδια και έκανε διάφορες διασκευές. Από το 1938 αφιερώθηκε αποκλειστικά στην διεύθυνση ορχήστρας.

Το 1920, με υποτροφία του Ωδείου Αθηνών, παρέμεινε για ένα χρόνο στις Βρυξέλες και μετά στο Βερολίνο, όπου έζησε τρία χρόνια. Το 1924 ήρθε στην Αθήνα όπου και αποφάσισε να μείνει οριστικά. Το 1925-1927 διηύθυνε την Ορχήστρα του Συλλόγου Συναυλιών, ενώ την περίοδο 1927-1937 υπήρξε αρχιμουσικός της Συμφωνικής Ορχήστρας του Ωδείου Αθηνών. Παράλληλα, στα χρόνια αυτά διηύθυνε ορχήστρες, σε έκτατες εμφανίσεις, και σε άλλες ευρωπαικές πόλεις.
Το 1936 διηύθυνε με μεγάλη επιτυχία τη Συμφωνική Ορχήστρα της Βοστώνης, ενώ το 1937 και πάλι τη Συμφωνική Ορχήστρα της Βοστώνης όπως και της Μιννεάπολης. Το 1938 διορίστηκε μόνιμος μαέστρος της Συμφωνικής Ορχήστρας της Μιννεάπολης, θέση που διατήρησε ως το 1949, ενώ παράλληλα διηύθυνε μεγάλες συμφωνικές ορχήστρες των Ηνωμένων Πολιτειών. Το 1949-1950 προσελήφθη ως συνδιευθυντής, μαζί με τον Leopold Stokowsky, της Φιλαρμονικής της Νέας Υόρκης. Τον επόμενο χρόνο ο Stokowsky αποσύρθηκε και ως εκ τούτου ο Μητρόπουλος παρέμεινε μόνος ως το 1958. Τον ίδιο χρόνο παραιτήθηκε από καλλιτεχνικός διευθυντής της Φιλαρμονικής της Νέας Υόρκης και τη θέση του κατέλαβε ο Leonard Bernstein, ενώ ο Μητρόπουλος παρέμεινε ως έκτακτος μαέστρος, διευθύνοντας παράλληλα και τη Μητροπολιτική Όπερα.

Το 1953 υπέστη το πρώτο καρδιακό επεισόδιο, ενώ το 1959 το δεύτερο και σοβαρότερο. Στις 2 Νοεμβρίου του 1960, ενώ διηύθυνε μια δοκιμή της Τρίτης Συμφωνίας του Mahler, υπέστη μία ακόμη καρδιακή προσβολή, οπότε και πέθανε με τη μπαγκέτα στο χέρι. Όσο ζούσε, αλλά και στη διαθήκη του, είχε εκφράσει την επιθυμία η σορός του να καεί και η τέφρα του να διακομισθεί στην Ελλάδα. Η καύση έγινε στο Lugano και η τέφρα του μεταφέρθηκε στην Αθήνα. Υστερα από μια επίσημη αλλά και συγκινητική τελετή στο Ωδείο Ηρώδου του Αττικού, η τέφρα του Δημήτρη Μητρόπουλου έμεινε για κάποιο διάστημα στο Ωδείο Αθηνών και έπειτα μεταφέρθηκε στο Α’ Νεκροταφείο, σε τάφο που παραχώρησε ο Δήμος Αθηναίων κατασκευασμένο από το γλύπτη Γιάννη Παππά.

[Το παρόν βιογραφικό σημείωμα βασίζεται σε κείμενο το οποίο συνέγραψαν η Χριστίνα Βάρδα και η Σόφη Παπαγεωργίου, για τον κατάλογο της έκθεσης για τον Δημήτρη Μητρόπουλο, στη Γεννάδειο Βιβλιοθήκη, το έτος 1993]