Дибьенду Бхаттачарьи родился 11 ноября 1975 года в Калькутте, штат Западная Бенгалия. Его детство прошло в обычной индийской семье, где ценили образование и творчество. После окончания школы он поступил в Национальную школу драмы. Там он получил профессиональные навыки актёра, научился работать как в театре, так и перед камерой. Первый опыт в большом кино пришёл в 2001 году. Он исполнил небольшую роль в международной картине Monsoon Wedding. Затем актёр стал появляться в известных фильмах, среди которых Maqbool (2003), Black Friday (2004) и Ab Tak Chhappan (2004). Постепенно о нём начали говорить критики и режиссёры. Настоящую популярность Бхаттачарьи принесла работа в ленте Dev D (2009). Зрители отметили естественность его игры и яркий образ Чуннилаала. В последующие годы актёр снимался в различных проектах. Среди заметных картин можно назвать Soul of Sand (2010), B.A. Pass (2013), Crossroads (2015), Incomplete (2017), Missing on a Weekend (2016).
Его роли были разными: от драматических персонажей до героев с противоречивым характером. Он показал, что умеет создавать на экране живые и запоминающиеся образы. Помимо кино, Дибьенду активно работает в телесериалах и на стриминговых платформах. Он исполнил роль Раджа Талапати в индийской версии сериала 24 (2013). Позже зрителям полюбились его работы в проектах Criminal Justice (2019) и Undekhi (2020–2024), где он сыграл инспектора Баруна Гхоша и снялся во всех трёх сезонах. С начала карьеры актёр успел поучаствовать более чем в сотне фильмов и сериалов. Его ценят за умение тонко передавать эмоции и делать сложные роли правдоподобными. В личной жизни Дибьенду счастлив в браке с Ришей Бхаттачарьи. У пары растут сын и дочь. Актёр продолжает активно сниматься и остаётся востребованным в индустрии.