Γόνος πολιτικής οικογένειας, γιος του βουλευτή των Φιλελευθέρων και υπουργού Θεμιστοκλή Τσάτσου και ανιψιός του διατελέσαντος Προέδρου της Δημοκρατίας Κωνσταντίνου Τσάτσου, ο Δημήτρης Θ. Τσάτσος γεννήθηκε το 1933 στην Αθήνα. Σπούδασε νομικά στην Αθήνα και αναγορεύθηκε Διδάκτορας Νομικής από τη Νομική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών το 1960. Επιμελητής στη Νομική Σχολή του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, 1960-1969. Συνεργάτης του Max-Planck-Institut Συγκριτικού Δικαίου, 1964-1965. Υφηγητής του Συνταγματικού Δικαίου στο Πανεπιστήμιο Αθηνών το 1968, με απαγόρευση διδασκαλίας από το καθεστώς. Το ίδιος έτος Υφηγητής του γερμανικού Δημοσίου Δικαίου στο Πανεπιστήμιο Βόννης. Καθηγητής Νομικής Σχολής Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης το 1969. Το καθεστώς αρνείται να τον διορίσει. Μετέχει ενεργά στην αντίσταση κατά της δικτατορίας και το 1973 φυλακίζεται και βασανίζεται για 4 μήνες στις στρατιωτικές φυλακές της ΕΑΤ/ΕΣΑ.
Υφυπουργός Ανωτάτης Παιδείας το 1974, οπότε θεσπίζει την κάθαρση των Πανεπιστημίων από τους συνεργάτες της δικτατορίας και διαμορφώνει τον πρώτο Νόμο-Πλαίσιο. Γενικός Εισηγητής της Αντιπολίτευσης στην Ε΄ Αναθεωρητική Βουλή για το Σύνταγμα, 1974-1975.
Το 1982 εκλέγεται Καθηγητής Δημοσίου Δικαίου στο Πάντειο Πανεπιστήμιο Αθηνών. Το 1988 ιδρύει με τον Αριστόβουλο Μάνεση και τον Γιώργο Δασκαλάκη την Ένωση Ελλήνων Συνταγματολόγων, της οποίας από το 1988 έως το 1992 διετέλεσε πρόεδρος. Του απονέμεται για τη συμβολή του ως Ευρωβουλευτή (1994-2004) στη θεσμική διαμόρφωση της Ευρώπης το 1995 το «Βραβείο Ευρωπαϊκού Πολιτισμού» και το 2002 ο Μεγαλόσταυρος της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας. Εκλεγμένος εκπρόσωπος του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου στη Διακυβερνητική Διάσκεψη 1999-2000.
Επίτιμος Διδάκτορας Πανεπιστημίων Θεσσαλονίκης, Κρήτης και Πελοποννήσου. Καθηγεσίες: 1971 Βόννη, 1975 Θεσσαλονίκη, 1979 Χάγκεν, 1982 Πάντειο, 2003 Ντίσελντορφ.
Ιδρυτής και Επίτιμος Πρόεδρος του «Κέντρου Ευρωπαϊκού Συνταγματικού Δικαίου – Ιδρύματος Θεμιστοκλή και Δημήτρη Τσάτσου», Συνδιευθυντής στο «Ινστιτούτο Ευρωπαϊκών Συνταγματικών Επιστημών» του Πανεπιστημίου του Χάγκεν και Πρόεδρος του Επιστημονικού Συμβουλίου στο «Ινστιτούτο του Δικαίου των Πολιτικών Κομμάτων» στο Ντίσελντορφ και στο «Ινστιτούτο Τοπικής Αυτοδιοίκησης» στην Αθήνα.
Συγγραφέας περισσότερων από 40 βιβλίων, με πιο πρόσφατα: Πολιτεία, εκδ. Γραβιηλίδη, 2010, Εσωκομματική Δημοκρατία. Οι περιπέτειές της σε ένα περιβάλλον ιδιωτικοποιημένης πολιτικής, εκδ. Γαβριηλίδη, 2008, Ευρωπαϊκή Συμπολιτεία. Για μια Ευρωπαϊκή Ένωση των Κρατών, των Λαών, των Πολιτών και του Ευρωπαϊκού Συνταγματικού Πολιτισμού, εκδ. Α.Α. Λιβάνη, 2007, Η Έννοια της Δημοκρατίας στην Ευρωπαϊκή Συμπολιτεία, Πόλις, 2007, Η μεγάλη παρακμή. Συγκυριογραφία για θέματα αναξιοπιστίας της Πολιτείας και της Πολιτικής, εκδ. Καστανιώτη, 2006, Τα Μεγάλα Θεσμικά της Ευρωπαϊκής Ένωσης, εκδ. Σαββάλας, 2005, Το Αξιακό Σύστημα της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Εισαγωγή στη Λειτουργία του, εκδ. Παπαζήση, 2005, Αμφισβήτηση, εκδ. Γαβριηλίδης, 20024 καθώς και του τρίτομου Συνταγματικού Δικαίου, εκδ. Αντ. Σάκκουλας, 1988, 1993, 1994.
