1930'da Tekirdağ’da dünyaya geldi. Orta öğrenimini İstanbul’da İngiliz Ortaokulu’nda, liseyi Çapa Lisesi’nde tamamladı. Bir süre kimya öğrenimi aldıktan sonra İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Klasik Filoloji bölümüne geçti ve 1960 yılında buradan mezun oldu. İlk şiiri 1956’da Yücel dergisinde yayımlandı. 1959'da Sinema - Tiyatro Dergisi`nin açtığı yarışmada, tek perdelik "Midas'ın kulakları" adlı oyunu ile birincilik ödülünü kazandı. Midas Üçlemesi adlı üçlemesinin ilki olan eser, aynı yıl Gençlik Tiyatrosu'nda, ertesi yıl da Ankara Devlet Tiyatrosu'nda sahnelendi. Üniversite eğitimini tamamladıktan sonra 1961’de Fulbright bursu alarak ABD'ye gitti. Yale Tiyatro Okulu’nda rejisörlük, sahne ışığı, dekor gibi dallarda çalıştı. ABD'de iken yazdığı "Canlı Maymun Lokantası" adlı oyunu, Halkevleri Genel Merkezi’nin Şinasi Efendi Tiyatro Ödülü’nü kazandı. 1964-1966 arasında İstanbul Belediye Şehir Tiyatrosu'nun ışıklandırma bölümünde çalıştı. 1966'da İstanbul Radyosu'nda dramaturgluğa başladı. 1967 yılında bir Anadolu kadınının dramını anlatan "Kurban" adlı oyununu yazdı. Oyun, ilk kez Gülriz SURURİ - Engin CEZZAR Tiyatrosu tarafından sahnelendi. İstanbul Belediyesi Şehir Tiyatroları'nda dramaturgluk ve Araştırma-İnceleme Bölümü başkanlığı yaptı. Anadolu Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul Üniversitesi Konservatuvarı, Müjdat GEZEN Sanat Merkezi ve İngiltere'de Durham Üniversitesi'nde dersler verdi. 1984 yılında oyuncu Yıldız KENTER'in önerisiyle kaleme aldığı "Ben Anadolu" adlı tek kişilik oyun, İngilizce, Almanca, Fransızca ve İtalyanca'ya da çevrilerek, yurtdışında ve yurtiçinde çeşitli topluluklar tarafından sahnelendi. "İttihat ve Terakki" isimli sinema filmi ve "Bağdat Hatun" isimli dizi senaryosu çalışmaları yaptı. Dilmen, İzmir’de geçirdiği bir bağırsak ameliyatından sonra iki ay yoğun bakımda kaldıktan sonra 8 Temmuz 2012’de hayatını kaybetti. İzmir’de Doğançay Mezarlığı’na defnedildi.
