Güngör Dilmen, Çevirmen Mehmet Süreyya Bey ile öğretmen Servet Hanım’ın çocuğu olarak Tekirdağ’da doğdu. İlkokulu Çanakkale ve Biga’da bitirdi. İlkokulun ardından 1942’de İstanbul İngiliz Erkek Lisesi'nin ortaokul kısmına, daha sonra Çapa 
Lisesi'ne devam etti. Özellikle fen derslerine meraklı bir öğrenci idi. Tiyatroya ilgisi de okul yıllarında Shakespeare’i tanımasıyla başladı. 1960'ta İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Klasik Filoloji Bölümü'nden mezun oldu. Üniversite yıllarında maddi imkânsızlık yüzünden İstanbul, Ankara ve Erzurum’da çeşitli işlerde çalıştı, çeviriler yaptı.
Güngör Dilmen, üniversitede okurken (1959), Türkiye’de ve dünyada en çok sahnelenen eseri olan Midas’ın Kulakları adlı ilk oyununu yazdı. Mezun olduktan sonra Tel-Aviv’de ve Atina’da tiyatro incelemeleri yaptı. Burslu olarak gittiği Amerika’da Yale ve Washington Üniversitelerinde (1961-1964) oyun yazarlığı ve ışıkçılık konularında eğitim gördü. Türkiye’ye döndükten sonra 1964’te İstanbul Belediyesi Şehir Tiyatrolarında çalışmaya başladı. 1964-1966 yılları arasında dramaturg ve başrejisör/başyönetmen görevlerinde bulundu. 1967-1968 yılları arasında kısa bir süreliğine İstanbul Radyosu Tiyatro Şubesinde şef olarak görev aldı. 1970-1972 yılları arasında İngiltere Durham Üniversitesi Doğu Araştırmaları Okulu'nda, öğretim görevlisi olarak tiyatro dersleri verdi. Hassan Sabbah ve Bağdat Hatun adlı tiyatro eserlerini burada görev yaparken yazdı. 1976-1980 arasında İstanbul Belediyesi Şehir Tiyatrolarında bir süre daha çalıştı. 1982-1983 arasında, Anadolu Üniversitesi'nde tiyatro, oyun yazarlığı dersleri verdi. 1984-2000 yılları arasında Boğaziçi Üniversitesi Mütercim Tercümanlık
Bölümü'nde etimoloji dersi verdi. Daha sonra İstanbul Üniversitesi Devlet Konservatuvarı (eski Belediye Konservatuvarı) Tiyatro Bölümü'nde ders verdi, 1995’te de emekli oldu. 8 Temmuz 2012 tarihinde İzmir’de vefat etti.
Yazı hayatına şiirle başladı. İlk şiiri, 1956’da henüz üniversite öğrencisi iken Yücel dergisinde yayımlandı. Gönlünü oyun yazarlığına kaptıran Dilmen, 1959'da Sinema Tiyatro dergisinin açtığı tek perdelik oyun yazma yarışmasına katıldı ve Midas’ın Kulakları adlı oyunuyla birinciliğe layık görüldü. İlk eserlerinde Güngör Kalyoncu adını kullandı. 1959'da yazdığı, 1965’te yayımlanan Midas’ın Kulakları adlı oyununun konusunu mitolojiden alan Dilmen, eserlerinde tematik bir çeşitliliğe yer verdi. Avcı Karkap (1960) adlı kısa oyununda, avcı ile av arasındaki ilişkiyi sembolik ve metaforik bir düzlemde işledi (Enginün 2003: 206). Ayak Parmakları’nda (1960) işe gitmek istemeyen bir memurun sancılarını yine özgün bir üslupla anlattı. Ak Tanrılar’da (1963) İspanyol- Meksika tarihini tragedya türünde kaleme aldı, tarih ile mitolojiden faydalandı. İspanyolların, Amerika’yı zapt ederek yerlilerin inançlarını kullanarak onları nasıl yok ettiklerini anlattı. Canlı Maymun Lokantası (1963) adlı oyununda, iki ayrı dünyayı, iki ayrı uygarlığı karşılaştırdı. Etkileyici bir dramatik yapı ile ustalıklı bir şiirsel üslubun yer aldığı eserde, maddeci, kapitalist ve sömürgeci ile yoksul, maneviyatçı ve sömürüleni emperyalizm bağlamında karşılaştırdı. Bu iki farklı ruh dünyasını, Amerikalı petrol kralı ve karısı ile Çinli şair aracılığıyla tiyatrolaştırdı. Midas’ın Kulakları ile 
birlikte bir üçleme oluşturan Midas’ın Altınları (1967) ve Midas’ın Kördüğümü (1975) oyunları konularını mitolojiden aldı. Midas’ın Kördüğümü oyununa Halkevleri Genel Merkezi Şinasi Efendi Tiyatro Ödülü verildi. İlhan İskender Armağanı’na layık görülen Kurban (1967) oyununda, köy hayatını, geleneklerin yaptırım gücünü özellikle kadınların varoluş mücadelesi ve kalıplaşmış yazgısına başkaldırması üzerinden anlattı. Bu oyunun özelliklerinden birisi de, Dilmen’in Medea modelini bir Türk köyüne uygulamasıdır. Akad’ın Yayı (1967) oyununda, bozulmuş otoritenin yergisini rüşvet, çıkarcılık vb. gibi konular aracılığıyla sahneye taşıyan Dilmen, insan-Tanrı, kader, adalet ve haksızlık gibi kavramları tartıştı. İttihat ve Terakki (1969) oyununda Türkiye’nin yakın tarihine eğilerek İttihat ve Terakki dönemini dramatik bir düzlemde anlattı.
1969-1970 Anzavur adlı eseri ile Yunus Nadi Senaryo Yazma Yarışması Birincilik Ödülü'nü aldı. Konusu 14. Yüzyılda geçen Bağdat Hatun’da (1974) Akad’ın Yayı oyunundakine benzer bir şekilde yönetenlerin halkı ezmeleri konusunu işledi. Bu oyun, Abdülhak Hamid’in İlhan ve Turhan adlı eserlerinden sonra konusunu İlhanlılardan alan ilk eserdir. Oyunda iktidar hırsına yenik düşmenin nasıl sonuçlanacağı konusu ele alındı. Bağdat Hatun, bir tutku dramı özelliği gösterir. Oyuna dramatik havayı katan unsur, Dilmen’in dramatik tersinmeyi ustalıklı bir biçimde kullanmasıdır. Muhsin Ertuğrul Oyun Ödülü'ne layık görülen Deli Dumrul’da (1979) Dede Korkut Hikâyeleri’nde yer alan "Deli Dumrul" hikâyesini dramatik anlatım tekniğiyle başarılı bir şekilde tiyatrolaştırdı. Hasan Sabbah (1983) oyununda Hasan Sabbah dönemini anlatırken kendi yaşadığı döneme sembolik göndermelerde bulundu. Eskiçağlılar, Osmanlılar, Cumhuriyetliler şeklinde bir üçlemeden oluşan Ben, Anadolu’da (1984) Anadolu tarihini kadınlar üzerinden anlattığı gibi tarih boyunca kadınların yüklendikleri
rolleri farklı kadın kimlikleri aracılığıyla sahneye taşıdı. Bu oyun, Talat Sait Halman tarafından I Anatolia adıyla (1991) İngilizceye çevrildi. İnsan-Devlet Mithat Paşa (1984) oyununda Mithat Paşa’nın sürgündeki yıllarını ve öldürülmesi olayını işledi. Hâkimiyet-i Milliye Aşevi (1984), Aşkımız Aksaray’ın En Büyük Yangını (1988) oyunlarında Millî Mücadele dönemine eğildi.
Türk tiyatrosunun gelişmesine ciddi katkıları olan Güngör Dilmen, tiyatro eserlerinde çok çeşitli konuları başarılı bir şekilde işledi. Klasik tiyatroyu çok iyi bilen Dilmen’in ilk eseri absürt (uyumsuz) tiyatronun bir örneğidir. Türk tarihine, Türk destanlarına, Yunan mitolojisine, Anadolu mitolojisine yer verdi, Klasik Yunan tragedyalarının tekniklerinden yararlandı. Köy hayatını anlatan eserler kaleme aldı. Tiyatroda dil ve üsluba önem veren Dilmen, konuya uygun türlerin yanı sıra dil ve üslubunu da konuya göre belirleyerek dramatik anlatıma ağırlık verdi. Oyunlarında koro ve dans unsurlarını kullandı. Oyun dışında deneme türünde eserler verdi, çeviriler yaptı ve çocuk kitapları da yazdı. Güngör Dilmen, oyunlarında “ritmik bir dil” kullanmanın yanı sıra, geçmiş üzerinden kendi yaşadığı döneme eleştirel bir tavırla baktı ve görselliklere büyük önem verdi.
***
Kendisiyle yapılan bir söyleşide, “Bütün mitoslarda dram vardır. Tarih olayları için de aynı şey söylenebilir. Önemli tarih olayları dramatiktir. Tarih bilimsel bir bilim değil. Yani hem bilim hem değil. Nasıl oluyor? Tarih bir yorum-bilim. Tarih 
oyunları da kritik durumlarda bütün toplumu etkileyecek bir karar verme, bir eyleme girişme sürecinde o kişilerin iç dünyalarına inme çabası. Sözün kısası psikoloji. Ben tarih olayları içinde de mitolojide de insanı arıyorum ve bunda coğrafya, ülke ayrımı yapmıyorum” diyen Dilmen, oyunlarında farklı ülkelere, farklı coğrafyalara eğildi.