Dienes Zoltán Budapesten született 1916. szeptember 11-én. Édesapja Dienes Pál, Dienes Barna negyedik gyermeke, második fia. Édesanyja Geiger Valéria, aki házasságuk után vette fel férje vezetéknevét; testvére Dienes Gedeon.

Középiskoláit Budapesten, Párizsban és Darlingtonban (Anglia) végezte, utóbbiban érettségizett 1934-ben. A londoni University College-ben hallgatott elméleti és alkalmazott matematikát, tanult németet és latint is. 1939-ben doktorált a londoni egyetemen (University of London), értekezésének címe: „Constructivist Foundation of Matematics According to Borel and Brouwer”.

Ezután rövidesen feleségül vette Tessa Cooke-ot, akitől öt gyermeke született: Corin (most Jasmine), Nigel, Jancis, Sorrel (most Sarah) és Bruce. Zoltánnak jelenleg már számos unokája és dédunokája van.

Matematikatanárként dolgozott a Highgate Schoolban, majd ezután Dartingtonban. 1944 után matematikát tanított Southampton, Sheffield és Manchester egyetemein, majd 1950-ben állandó állást kapott Leicesterben. Itt még pszichológiai tanulmányokat is folytatott; később kifejlesztette matematikatanulási elméletét, kitalálta híres taneszközeit, könyveket írt. 1961-ben az ausztráliai Adelaide-ben kezdett tanítani, ahol később személyes katedrát kapott. Együtt dolgozott egy ideig Jerome Brunerrel a Harvardon, és Jean Piaget-vel Genfben. Megalapította az International Study Group for Mathematics Learning nevű szervezetet, és a nemzetközi Journal of Structural Learning című folyóiratot.

1966-ban a kanadai Sherbrooke Egyetemén egy új matematikaoktatási kutatóközpont igazgatójává nevezték ki, ahol 1978-ig dolgozott, kutatott, és járta a világot, hogy tanítási kísérleti munkákat indítson el szinte minden kontinensen. 1978 és 1980 között több helyen is dolgozott Olaszországban, ahol egy elemi iskolai tantervet állított össze olaszul. Az 1980-as években az olaszországi Siena, a franciaországi Caen és a kanadai New Brunswick egyeteme is díszdoktorává avatta.

1980-ban Totnesben (Devon, Anglia) vett egy házat, és az év egy részét ott töltötte feleségével, Tessával, és közben a devoni iskolákban dolgozott. Az 1980-as évek közepétől kezdve Exeter egyetemén mint tiszteletbeli kutatótanár tartott előadásokat és bemutatókat. Amikor a 80-as években megjelentek a személyi számítógépek, könnyedén beletanult a használatukba, és számos oktató programot is írt. Életművének elismeréseként 1995-ben Exeter egyeteme díszdoktorrá avatta.

Dienes Zoltán hírneve három fontos pilléren nyugszik. Először is itt van publikációinak széles köre a matematikatanulás lélektanáról. Elméletei és a mód, ahogy ezeket a gyakorlatba átvitte, tartós tényezők maradnak, amÍg csak az emberek a matematika tanulásának és tanításának problémái iránt érdeklődni fognak. A matematikatanulás lélektanáról szóló minden könyvben van egy szakasz, amely az ő gondolataival foglalkozik. Másodszor, Dienes Zoltán nemcsak elméleti ember: rengeteg játékos taneszközt fejlesztett ki, amelyek megtalálhatók a jól felszerelt elemi iskolákban az egész világon. Harmadszor, tanárok százaival és gyerrmekek ezreivel dolgozott személyesen minden kontinensen, megértést terjesztve, lelkesedést keltve, és állandóan módosítva az emberek maatematikai felfogását.

Talán az első két tényező az, amely számára a halhatatlanságot fogja biztosÍtani.

Dienes Zoltán utolsó éveit a kanadai Wolfville-ben (Nova Scotia) töltötte lányával, Sarah-val. Felesége, Tessa 2006 őszén halt meg. Dr. Dienes Zoltán 2014-ben hunyt el.