Hijo del industrial Torcuato Di Tella, estudió en la Escuela Argentina Modelo y en la Universidad de Buenos Aires, donde se recibió de ingeniero en 1955. Perdió a su padre a los 18 años.
En julio de 1954, durante el segundo gobierno de Perón, se realizó en la casa de Juan T. Lewis de Rosario, en la clandestinidad, la reunión inicial en donde confluyeron representantes de distintos grupos y corrientes que en años anteriores habían desarrollado expresiones de la democracia cristiana en diferentes puntos del país, y resolvieron encauzar sus esfuerzos en un partido nacional. Guido Di Tella fue una de las figuras más salientes de los comienzos de Partido Demócrata Cristiano en la Argentina junto con Juan T. Lewis, Manuel Vicente Ordóñez, Horacio Sueldo, Horacio Peña, Arturo Ponsati, Rodolfo Martínez, Leopoldo Pérez Gaudio, Ignacio Vélez Funes, Ambrosio Romero Carranza, Alieto Guadagni, Arturo Bas Figueroa, Antonio Cafferata, Manuel Río, el sindicalista Mario Pedro Seijo, Néstor Tomás Auza, Juan José Torres Bas y José Antonio Allende.
En su juventud militó en la democracia cristiana, pero poco después de la dictadura Revolución Libertadora se decidió por el peronismo. El general Perón estaba exiliado, muchos de sus seguidores presos y toda expresión de apoyo a su gobierno y su partido estaba prohibida.
Junto con su hermano mayor, llamado Torcuato como su padre, Guido se hizo cargo de la empresa familiar, Siam Di Tella en la segunda mitad de la década de 1950. La empresa comenzó a tener serios problemas económicos, causados por las equivocadas inversiones de los hermanos Di Tella.
En 1959 se doctoró en ciencias económicas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Se dedicó a la docencia de ciencias económicas en la Universidad de Buenos Aires, en la Universidad Católica Argentina y en el Saint Antony’s College, de la Universidad de Oxford.
Mientras la empresa familiar atravesaba problemas económicos y períodos favorables, los esfuerzos de los hermanos Di Tella se concentraron en la fundación del Instituto Di Tella, que se hizo famoso en la década del '60 por su mecenazgo artístico. En sus inicios albergó a las vanguardias del teatro, la música y la pintura. Allí dieron sus primeros pasos artistas luego consagrados. Su actividad marcó una nueva era en el arte local. Posteriormente el centro fue ampliado para abarcar todas las ciencias sociales con el objeto de apoyar la investigación social.
El Instituto también se dedicó a la investigación en el campo de la economía y las ciencias sociales. En el Centro de del Instituto de Desarrollo Económico e Industrial del Instituto Torcuato Di Tella, en Buenos Aires, Guido Di Tella se dedicó a la docencia y a la organización de trabajos de investigación. Desarrolló la teoría del "desarrollo indirecto", que defendió en abundantes artículos publicados en los finales de la década de 1960 y principios de la de 1970.
En 1968, Di Tella encargó al arquitecto Clorindo Testa, a quien había premiado en 1961, el diseño de su casa, estudio y colección de arte en el barrio de Belgrano. Se transformó en una de las obras maestras de la arquitectura brutalista en la Argentina, junto con otras obras mayores de Testa, como el Banco de Londres o la Biblioteca Nacional. Sería demolida en 2011 para construir en su lugar un edificio de departamentos.
En mayo de 1972 formó parte de la comitiva que acompañó al expresidente Juan Domingo Perón en su regreso al país, después de 17 años de exilio.
Presidió el Fondo Nacional de las Artes durante la presidencia de Héctor J. Cámpora, y durante el gobierno de María Estela Martínez de Perón fue viceministro de Economía, durante la breve gestión de Antonio Cafiero.
En esa época, la empresa Siam Di Tella terminó nacionalizada para ser finalmente desmantelada durante el Proceso.
Al producirse el golpe de estado del 24 de marzo de 1976, fue arrestado junto con varios otros dirigentes justicialistas en un buque en el puerto de Buenos Aires. Allí fue que conoció a Carlos Saúl Menem. Por intercesión de algunos economistas que apreciaban su trabajo en el Instituto Di Tella, entre ellos el ministro de Economía, Martínez de Hoz, fue puesto en libertad.
Se exilió en Reino Unido, donde fue docente en Oxford.
Regresó a su país durante el gobierno de Raúl Alfonsín, y volvió a conectarse con el Partido Justicialista gracias a su amistad con el diputado Cafiero, líder de la Renovación Peronista. Durante la gobernación bonaerense de Cafiero, fue diputado nacional, y apoyó su precandidatura a la presidencia. No obstante, cuando Cafiero fue derrotado por Menem, Di Tella se unió a las filas de este último. En 1986 recibió el Diploma al Mérito de los Premios Konex por su trayectoria en desarrollo económico.
En 1989, el presidente Menem lo mencionó para ser viceministro de Economía, como segundo de Miguel Roig; una expresión de Di Tella, en que anunciaba que la economía del país iba a basarse en un valor del dólar "recontraalto" arruinó sus posibilidades
En compensación, al asumir la presidencia, Menem lo nombró embajador en los Estados Unidos. En reconocimiento a sus contribuciones a la seguridad internacional y al mantenimiento de la paz, los Estados Unidos Gobierno designó años después a la Argentina como un aliado importante no perteneciente a la OTAN en enero de 1998. Durante 1991 los Estados Unidos y la Argentina modernizaron un acuerdo bilateral de aviación civil para actualizar las salvaguardias de seguridad y permitir un aumento significativo de las frecuencias de vuelo entre los dos países
En febrero de 1991, el presidente Menem lo nombró Ministro de Defensa, pero solo seis días más tarde le encargó el Ministerio de Relaciones Exteriores.
Ministerio de Relaciones Exteriores
Fue el canciller que más tiempo ejerció el cargo en la historia argentina, ya que lo hizo desde febrero de 1991 hasta el final del gobierno de Menem, en diciembre de 1999: ocho años y diez meses.
La principal dirección de su política estuvo orientada a insertar a la Argentina en el "primer mundo" por medio de unas relaciones estrechas con los países "centrales". También se interiorizo en el restablecimiento de las relaciones diplomáticas con el Reino Unido, que se encontraban interrumpidas desde 1982 por la guerra de las islas Malvinas.
Durante su cargo ocurrieron los atentados a la embajada de Israel y la AMIA.
Desde ese punto de vista, reorganizó las relaciones con Gran Bretaña, que nunca se habían recuperado desde la Guerra de las Malvinas, poniendo "bajo un paraguas" la disputa por la soberanía de las islas Malvinas que seguía – y sigue – pendiente con ese país. Paralelamente, intentó una política de "seducción" de los habitantes de las islas – los kelpers – por medio de obsequios enviados por correo en Navidad; especialmente ositos de felpa y tarjetas de Navidad. Cuando el gobierno de Menem llegaba a su fin, Di Tella organizó una reunión con el canciller británico Robin Cook y con representantes de los kelpers; de las negociaciones se logró el reinicio de vuelos comerciales entre la Argentina y las Malvinas.
Simultáneamente, la Argentina se plegó a toda la política exterior de los Estados Unidos; votó sistemáticamente a favor de las iniciativas de este país en las Naciones Unidas.[cita requerida]
La política para con los Estados Unidos llegó a ser considerada demasiado obsecuente por la oposición, a lo que Di Tella contestó con su conocida frase, en que calificaba las relaciones con ese país como "relaciones carnales".
Por último, dirigió la política de cesación de las disputas limítrofes con Chile: se firmó un acuerdo el 2 de agosto de 1991, que definía la resolución del Litigio del Campo de Hielo Patagónico Sur por medio de una línea poligonal, que dividió la zona en disputa –parte del Campo de Hielo Patagónico Sur– aproximadamente en partes iguales entre ambos países. El tratado no fue ratificado, y fue modificado parcialmente por otro, de 1998, que definió con más precisión el límite, entre el Cerro Daudet y el Monte Fitz Roy.
También se solucionó la disputa de soberanía en torno a la Laguna del Desierto, por medio de un fallo arbitral, acordado entre ambos países en 1991. El Tribunal Arbitral nombrado, formado por juristas latinoamericanos, se expidió el 21 de octubre de 1994, reconociendo la soberanía de casi todo el territorio en disputa a la Argentina.
Últimos años
Tras el final de su gestión como ministro, que coincidió con la finalización del mandato presidencial de Menem, Guido Di Tella fue procesado en un juicio por tráfico de armas.Tras varios meses de citaciones y problemas judiciales, su abogado, León Arslanián, logró que el juez de la causa lo declarara "inimputable", debido a que sufría leucoencefalopatía multifocal progresiva de origen viral, una enfermedad degenerativa.
En diciembre de 2001, Di Tella sufrió un accidente cerebrovascular, en su casa de campo en la localidad de Navarro. Trasladado a Buenos Aires, falleció pocos días después.
Tenía 70 años en el momento de su fallecimiento; estaba casado y había tenido cinco hijos.