Дибюенду Бхаттачария родился в Индии. Одной из первых его работ на большом экране стала мелодрама Миры Наир «Свадьба в сезон дождей», в которой он сыграл небольшую роль. Фильм имел большой успех и был удостоен премии «Золотой лев» и приза «Laterna Magica». Кроме того, картина была номинирована на премию «Золотой глобус» в категории «Лучший фильм на иностранном языке» и премию Британской академии в этой же номинации.
Следующими работами актера стали фильмы «Росчерк судьбы», «Доверие», «Пока пятьдесят шесть» и «Черная Пятница». В 2005 году Бхаттачария снялся в фильме Кетана Мехта «Восстание», повествующем о Мангале Пандее, поднявшем армейский бунт против Великобритании. Фильм был показан на различных фестивалях по всему миру и стал одном из самых кассовых проектов 2005 года в Индии.
Широкую известность актер получил благодаря второстепенной роли в фильме «Дэв Д», режиссером которого выступил Анурага Кашьяпа. Фильм был показан на Международном кинофестивале в Венеции, Международном кинофестивале в Палм-Спринг, Кинофестивале в Белграде и Фестивале азиатского кино в Осаке.
Затем фильмография Дибюенду пополнилась такими картинами, как «Душа песка», «Бакалавр искусств», «Читтагонг», «Разбойник» и «Гудду и Рангила». В 2018 году актер снялся в индийском сверхъестественном фильме ужасов режиссера-дебютанта Прозита Роя под названием «Фея».