格奥尔基季米特洛夫于1882年6月18日诞生在保加利亚拉多米尔县科瓦切夫齐村一个小手工业者家庭。季米特洛夫的父母吃苦耐劳，为人正直。季米特洛夫兄弟姐妹共八人，他们多数都先后走上了革命的道路。
由于家境贫寒，季米特洛夫刚满12周岁，就被迫离开学校到索非亚一家很小的印刷厂当学徒工。他酷爱读书，不仅攻读历史、地理、自然科学和文学等各方面的书籍，而且认真阅读了保加利亚社会民主党创始人布拉戈耶夫等人的著作和其他进步书刊。他经常在劳累了一天后又到社会民主党俱乐部工人夜校听课。
季米特洛夫很早就投身于工人阶级的战斗行列。还在1894年底(12岁)，他就积极参加了印刷工人的首次罢工。1897年季米特洛夫已经是索非亚印刷工人联合会的活动分子。当时，尽管季米特洛夫还非常年轻，但为捍卫工人阶级的利益，他表现出无所畏惧的革命精神。1900年，季米特洛夫当选为索非亚印刷工会的书记。
1902年，季米特洛夫加入保加利亚社会民主工党。在入党时季米特洛夫表示："我希望做个党员，是因为我深信工人阶级不能靠阶级调和的办法，而只有靠革命的办法才能从剥削下解放出来"。
1903年，保加利亚社会民主工党的两派，即"紧密派"和"广泛派"在组织上分裂。季米特洛夫坚定地站在"紧密派"一边。
1904年7月，季米特洛夫出席社会民主工党(紧密派)召开的代表大会，并被选为出版委员会委员。8月，在全国工会同盟成立大会上，季米特洛夫被选为中央工人理事会理事。同月23日，他被选为索非亚地方工人理事会书记。
1905年8月，季米特洛夫被选为索非亚党组织书记和全国工会同盟中央书记。从此，他毫无间断地担任全国工会同盟中央书记一职，直到1923年该同盟被法西斯分子解散时为止。
1909年7月，在党的第十六次代表大会上，季米特洛夫当选为中央委员。以后直到逝世，他一直是党的中央委员。季米特洛夫除积极从事党的组织和工会工作外，还十分活跃地从事政论工作。他写了许多小册子、文章和工人指南，发表在党和工会的几乎所有报刊上。季米特洛夫多年担任《印刷工人报》和《矿工报》的编辑，一度还担任过《邮电工人报》的编辑。党的机关报《工人报》的工会版，主要由他参与编辑。在他的领导下，工会传播报刊别具一格，意趣盎然，思想坚定。
在领导本国工人运动的同时，季米特洛夫还密切关注着国际工人运动的发展。1909年12月，季米特洛夫出席了在贝尔格莱德举行的第一次巴尔干社会民主党代表会议。季米特洛夫根据代表会议精神倡议把巴尔干各工会组织的活动统一起来。这直接促成了保加利亚全国工会同盟和塞尔维亚工会的1911年协议。1910年，季米特洛夫被选进国际矿工联合会执行局。1911年，季米特洛夫代表保加利亚工会同盟出席第七次国际工会代表会议。在会上，他反对国际工会运动中的改良主义路线，顶住了工会国际的压力，抵制了与改良主义者领导下的工会进行无条件合并的要求。
1913年，季米特洛夫被选为国民议会议员。曾被选为紧密派社会党议会党团的书记。1914年，第一次世界大战爆发后，保加利亚倒向同盟国。季米特洛夫站在无产阶级国际主义立场上，投人了党发动的所有反战行动。11月，在为表决补充军事贷款而召开的国民议会会议上，季米特洛夫代表议会党团发表讲演。他说："我们不愿意为那种非但不能保障保加利亚的自由和独立，反而会丧失这种自由和独立，会失去整个保加利亚的政策花一分钱，流一滴血。"
1915年7月，华米特洛夫出席了第二次巴尔干社会民主党代表会议。会上，根据他的建议，成立了巴尔干社会民主党联盟。
1917年，俄国十月社会主义革命胜利后，季米特洛夫立即撰文和发表讲演欢庆这一胜利。他指出："这是国际革命无产阶级对资本主义和帝国主义的第一次胜利，是世界革命的开端。"1918年9月，保加利亚出现革命形势。在狱中的季米特洛夫建议党中央发动武装起义，但未被采纳。
1919年5月，保加利亚社会民主工党(紧密派)改名为保加利亚共产党(紧密派社会主义者)。季米特洛夫再次被选为党的领导成员。这时，季米特洛夫开始刻苦钻研列宁的著作，并号召保加利亚全体工人和其他劳动者"听从列宁的有力召唤，深刻领会列宁的思想"。
1921年，季米特洛夫出席了共产国际第三次代表大会和红色工会国际成立大会。他被选为巴尔干工会财务委员会委员、红色工会国际宣传委员会委员和中央理事会理事。在莫斯科期间，他会见了列宁。这次会晤给他留下了不可磨灭的印象。1922年，季米特洛夫出席了红色工会国际第二次代表大会和共产国际第四次代表大会，并当选为红色工会国际执行局委员。
1923年6月，保加利亚发生法西斯军事政变。季米特洛夫起初赞同"中立"立场，但不久就认识到错误，并同科拉罗夫一起纠正党中央的错误方针。以后，季米特洛夫受党的委托参加了由共产党和农民联盟代表组成的军事革命总委员会，领导了保加利亚人民的反法西斯九月起义。九月起义失败后，由于被法西斯当局缺席判处死刑，季米特洛夫被迫流亡国外。
1923年10月，季米特洛夫同科拉罗夫在维也纳成立了保共国外委员会，担负起党在国外的领导工作。保共国外委员会出版了党的机关报《工人报》。季米特洛夫任该报纸编辑，他写了大量文章阐明党和反法西斯运动面临的各种迫切问题。12月，季米特洛夫当选为巴尔干共产主义联盟主席团书记。他努力使书记处正确发挥作用，促进巴尔干各国共产党的巩固和发展。
1924年，季米特洛夫出席共产国际第五次代表大会和红色工会国际第三次代表大会，被选为共产国际执委会候补委员和工会国际执行局委员。1925年春，季米特洛夫出席了共产国际执委会第五次扩大全会。会后，季米特洛夫留在共产国际执委会机构中工作。共产国际执委会第六次全会后，在政治书记处下设立了若干地区书记处。季米特洛夫受托负责波兰一波罗的海地区书记处。
从1927年1月起，季米特洛夫直接在保共中央工作。他负责保共中央书记处和巴尔干共产主义联盟的工作，以及党的理论刊物《共产主义旗帜报》的编辑出版。
1929年，季米特洛夫被指定为共产国际执委会西欧局的领导人。30年代初，季米特洛夫积极参与组织了反对战争的世界代表大会和群众性的反战运动。1933年2月27日，希特勒法西斯制造了震惊世界的"国会纵火案"。3月9日，纳粹警察局以"参与纵火"的罪名逮捕了当时正在柏林从事革命活动的季米特洛夫。
9月21日，德国法西斯在六个月的精心策划后，在莱比锡开庭审讯。季米特洛夫在法庭上严厉驳斥了法西斯对共产党的诬蔑，以无可辩驳的事实揭露了"国会纵火案"是法西斯精心策划的阴谋。法西斯头子戈林以"证人"资格出庭时，被季米特洛夫质问得连自己在法庭的身份都忘了，冲着季米特洛夫吼道："只要你离开法庭，我就会把你抓起来。"素来被法西斯称为"最干练的宣传家"的戈培尔，不但同样被季米特洛夫驳得哑口无言，而且还承认了纳粹党是"许多恐怖活动的组织者"。季米特洛夫在法庭上反驳中最后说，"历史的车轮在转动……它现在和将来都在转动，直到共产主义的彻底胜利!"
季米特洛夫在法西斯法庭上的英勇表现，为全世界共产党人树立了同法西斯顽强斗争的光辉榜样。他揭穿了"国会纵火案"的大骗局，捍卫了保加利亚人民的尊严和国际共产主义运动，在人民中引起了广泛的反响，当时曾有人说，"如果世界上有什么英雄的话，季米特洛夫就是英雄"。在世界各国反法西斯力量的强大压力下，德国法西斯政府被迫将季米特洛夫释放。
1934年2月27日，季米特洛夫来到莫斯科。4月29日，他当选为共产国际执委会政治书记处书记、共产国际政治委员会委员和中欧地区局领导。5月23日，他被吸收为共产国际执委会主席团成员。这时，季米特洛夫作为共产国际政治书记处深孚众望的成员，实际上领导着共产国际。
1935年7、8月间，共产国际第七次代表大会召开。季米特洛夫在会上做了题为《法西斯的进攻与共产国际为工人阶级的反法西斯统一而斗争的任务》的著名报告，并就大会的讨论做了题为《为工人阶级的反法西斯主义的统一而斗争》的总结发言：他在报告和发言中强调，法西斯主义不是"超然于无产阶级和资产阶级之上的一种国家政权形式"，而是"最反动、最主张民族沙文主义、最抱帝国主义野心的财政资本的公开的恐怖专政"。他指出，在法西斯进攻面前，资本主义国家的劳动群众当前的主要任务并不是选择"无产阶级专政或资产阶级专政，而是资产阶级民主制或法西斯主义"。他反复指出，要反对资本的进攻和反对法西斯，必须以"保卫工人阶级经济和政治的当前利益"为出发点，正确处理共产党同社会民主党的关系，实现工会的统一，建立起工人统一战线。并在此基础上"建立广泛的反法西斯的人民阵线"。季米特洛夫在共产国际第七次代表大会的报告和总结发言，及时有效地指导了共产国际和各国共产党实行策略上的转变，极大地推动了世界人民的反法西斯斗争。在这次代表大会上，季米特洛夫当选为共产国际执委会总书记。
季米特洛夫担任共产国际执委会总书记后，大力改进了共产国际的领导工作：解散了地区局，取消了向各党派全权代表和教导员的制度，精简了共产国际执委会的机构；加强了同各国党中央的联系。
1936年7月，西班牙发生佛朗哥反革命叛乱。佛朗哥得到德、意法西斯的武器、军事专家和军队的支持。在季米特洛夫的倡议和组织下，三万五千名来自苏、法、德、英、中国等54个国家的共产党员和志愿人员来到西班牙，组成"国际纵队"和西班牙人民并肩战斗，抗击法西斯叛乱分子和德、意武器干涉者。
季米特洛夫也十分关心中国人民的抗日战争。他称颂中国抗日民族统一战线是在当时条件下团结中国人民的一切力量，反对日本帝国主义的"最好办法"；赞扬中国共产党"已经成为共产国际最好的支部之一"。
第二次世界大战爆发之初，季米特洛夫曾经片面强调战争的帝国主义性质，而忽视了反法西斯的一面。但是，随着国际形势的变化，特别是1941年6月希特勒德国入侵苏联后，季米特洛夫就克服了原先的片面评价，重视战争的反法西斯性质，号召各国共产党组织大规模反法西斯的民族解放斗争和抵抗运动。
1943年6月，共产国际在完成其历史使命后自行解散。季米特洛夫直接领导了共产国际自行解散的全部工作和解散后的善后工作。
在共产国际解散后，季米特洛夫把自己的工作重心放在领导保加利亚人民的抵抗运动上。1944年9月9日，保加利亚工人党和祖国阵线在首都索非亚等中心城市组织了胜利的武装起义，推翻了君主法西斯专政，成立了祖国阵线政府。1945年11月4日，季米特洛夫回到了阔别22年之久的祖国。他先后主持召开了保加利亚工人党的九中和十中全会；他亲自领导改组了军队；根据他的提议，对部长会议和各部的结构及工作做了变动；在他的直接参与下，制定了一系列对于巩固人民民主政权的经济和政治基础起决定作用的重要法律；他提出了消灭君主政体和选举大国民议会的任务。
1946年9月，保加利亚举行全民投票，废除了君主制，宣布人民共和国的诞生。11月，季米特洛夫出任共和国第一任总理。1947年12月，大国民议会通过了季米特洛夫亲自主持制定的保加利亚人民共和国宪法。
1948年12月，季米特洛夫在保加利亚工人党第五次代表大会上代表党中央作了政治报告。在报告中，季米特洛夫总结了党走过的英勇道路及取得的成绩；阐述了保加利亚人民民主制度的性质，认为它是无产阶级专政的特殊形式；规划了保加利亚人民建设社会主义的基本任务。在"五大"上党改名为保加利亚共产党，大会一致选举季米特洛夫为保加利亚共产党中央总书记。
1949年7月2日，季米特洛夫因病医治不愈，在莫斯科不幸逝世，终年67岁。
