V letech 1955 až 1960 Jiří Dienstbier st. studoval žurnalistiku na Filozofické fakultě Univerzity Karlovy. Ještě jako student vstoupil v roce 1958 do Komunistické strany Československa. V letech 1958 až 1969 pracoval jako zahraničně-politický redaktor a komentátor Československého rozhlasu, byl zpravodajem v západní Evropě, na Dálném východě a ve Spojených státech.
V 60. letech 20. století se Jiří Dienstbier st. účastnil demokratizačního procesu „Pražské jaro 1968“ a v době sovětské okupace Československa v srpnu 1968 se postavil proti ní, mj. se významně podílel na protiokupačním vysílání Československého rozhlasu.
V následujícím roce byl proto Jiří Dienstbier st. vyloučen z KSČ i Svazu novinářů a propuštěn z rozhlasu. V roce 1977 se stal jedním z prvních 250 signatářů Charty 77 (Václav Havel byl jeho osobním přítelem) a v letech 1979 a 1985 byl i jejím mluvčím, podílel se na vydávání samizdatů. Z toho důvodu byl v letech 1979 až 1982 ve vězení a později už mohl vykonávat pouze manuální práce, např. řezač kovů či balič knih.
Po vzniku Občanského fóra v listopadu 1989 se Jiří Dienstbier st. stal krátce mluvčím jeho koordinačního centra. Už v prosinci téhož roku byl jmenován ministrem zahraničí. V 90. letech působil jako hostující profesor na řadě vysokých škol. V letech 1998 až 2001 byl zvláštním zpravodajem Komise pro lidská práva OSN pro Jugoslávii, Bosnu a Hercegovinu a Chorvatsko, později pracoval pro Reuters Founders Share Company.
V roce 2007 bylo jeho jméno zmíněno politiky ČSSD i Strany zelených jako možného protikandidáta Václavu Klausovi na úřad hlavy státu. Jiří Dienstbier se rovněž v okamžiku, kdy se o tom začalo mluvit, v televizní debatě ostře pustil do kritiky Václava Klause, kde zmínil hlavně jeho snahu hodnotit a kritizovat vše, bez ohledu na vlastní přehled o tématech. Narážel tak na problém globálního oteplování, ve kterém jde Klaus proti obecnému proudu. V senátních volbách 2008 byl zvolen jako nestraník na kandidátce ČSSD do Senátu na Kladensku.
V prezidentské kritice pokračuje i politikův syn Jiří Dienstbier ml. V listopadu 2014 se ostře pustil do boje proti výroku prezidenta Zemana, který zpochybnil závažnost zákroku SNB na pražské Národní třídě 17. listopadu 1989.
Jiří Dienstbier st. zemřel 8. ledna 2011 na rakovinu. Jako člen Masarykova demokratického hnutí byl rovněž vyznamenán Čestnou medailí TGM za věrnost jeho odkazu.