Дильгам Тагиев родился 6 января 1950 г. в семье врачей. В 1966 г. поступил на очное отделение химического факультета Азер­бай­джанского Государственного Университета (ныне Бакинский Государственный Университет). Уже в студенческие годы  проявил ин­­терес к научным исследованиям. В 1969 г. опубликовал свою первую научную работу. Д.Тагиев выступал с научными докладами на конференциях студентов и аспирантов, проводимых в Тарту, Минске, Тбилиси  и Новосибирске. Был награждён дипломами 1-ой и 3-ей степени, а также почётными грамотами. Будучи студентом-отличником, он также принимал активное участие в общественной жизни университета, в 1968–1970 гг. был председателем Студенческого Научного Общества и членом бюро комитета комсомола Университета, членом Бакинского го­родского комитета комсомола и делегатом XXVII съезда Комсомола Азербайджана.

Дильгам Тагиев в 1971 г. поступил в аспирантуру Института Органической Химии АН СССР в Москве, где под руковод­ством академика АН СССР, выдающегося химика Х.М.Миначева, проводил научные исследования в области цеолитного катализа и 7 января 1975 г. успешно защитил кандидатскую диссертацию. Проведённые им иссле­дования приоритетного характера в области цеолитных катализаторов, были высоко оценены специалистами.

С 1974 по 1984 гг. работал в Институте Неорганической и Физической Химии Академии Наук Азербайджана (ныне Институт Катализа и Неорганической Химии) на должностях инженера, затем младшего и старшего научного сотрудника. Проводил исследования в области каталитического пиролиза, окисления, окислительной дегидрогенизации и гидрогенизации различных классов углеводородов на цеолитных и силикатных катализаторах. По результатам этих исследований в 1983 г. был награждён одной из самых престижных наград СССР – премией Всесоюзного Ленинского Комсомола в области химии и химической технологии.

Дильгам Тагиев в 1984 г. защитил докторскую диссертацию в Москве на Ученом Совете Института Органической Химии АН СССР. Затем в 1985 г. работал заведующим группой “Комплексные Соединения”, заведующим лабораторией, в 1986–1991 гг. заместителем директора по науке в Институте Неорганической и Физической Химии. В 1989–1991 гг. был назначен генеральным директором Межотраслевого Научного Тех­нического Комплекса “Цеолит”. В 1990 г. ему было присвоено звание профессора.

В 1991 г. Дильгам Тагиев был избран профес­сором кафедры Общей химии Азербайджанского Медицинского Университета, в 1993 г. – деканом фармацевтического факуль­тета, а в 1995 г. – заведующим кафедрой Биофизической и биоорганической химии. Дильгам Тагиев всегда сочетал педаго­гическую деятельность с научными исследованиями. С 1999 года по приглашению руководства Института Нефтехимических Процессов НАН Азербайджана возглавил лабораторию Гетерогенного катализа.

Научная деятельность Дильгама Тагиева посвящена разработке гетерогенных и гомогенных катализаторов для реакций гидрогени­зации, окисления, изомеризации, алкилирования, оксидегидрогенизации, олигомеризации различных классов углеводородов, исследованию механизма действия катализаторов, синтезу и изучению биологи­чески активных металлокомплексов.

Дильгам Тагиев впервые показал высокую активность цеолитов, не содержащих  переходные элементы или металлы (нетрадиционные катализаторы для окислительно-восстановительных реакций), в реакциях гидро­ге­низации, гидроизомеризации, оксидегидрогенизации. Это легло в основу создания но­вого поколения гидрогенизационных катализато­ров. Обнаружил новые реакции пре­вращения алкилнафтеновых углеводородов на цеолитных катализаторах и назвал их реакциями оксидегидродиспро­порцио­ниро­ва­ния и оксидегидро­изомери­зации. Предложил новый экспресс-метод для вычисления коэффициента диффузии, что является важ­ным фактором в изучении кинетики различных реакций на микропорис­тых катализаторах.

Осуществил гидротермальный синтез фосфатов галлия, железа и цинка, имеющих цеолитоподобную структуру, исследовал их структурные особенности и каталитическую активность в конверсии метанола. Впервые показал возможность использования цеолитов в качестве добавки, которая увеличивает эффективность электродного материала в фотоэлектрохимическом разложении воды. Разрабатывал новые каталитические системы циркониево-цеолитного типа, не содержащие дорогие металлы, для совместной конверсии нормальных парафинов с метанолом и низкотемпературных реакций  изомеризации-дис­пропорционирования бензина пря­мой гон­ки для производства высокооктановых компонентов бензина. Выявил  принципы подбора цеолитных и ферритных катализаторов для синтеза индивидуальных изомеров крезолов, ксиленолов и различных алкилфенолов реакцией алкилирования фенолов и крезолов метанолом и другими спиртами. Проводил подробные исследования по кинетике и механизму реакции окислительного аммонолиза различных производных о-ксилола на сложно-оксидном катализаторе и установил основные факторы, влияющие на формирование нитрилов, динитрилов и имидов.

Синтезировал новые металлокомплекс­ные и гетерополикислотные катализаторы для реакций димеризации и олигомеризации олефинов С2–С8 при мягких условиях, разработал новый способ для иммобилизации комплексов никеля на твердом носителе. Впервые обнаружил связь между каталитической активностью и стереохимической не­жесткостью в никель-тиопиразолал­дими­нат­ных комплексах. Для уменьшения токсического эффекта и увеличения срока действия различных лекарственных препаратов (доксорубицин, трипсин, доксициклин, тироксин и др.) разработал полимерные носители для их иммобилизации на основе различных наногелей, содержащих наноразмерные частицы серебра.

В журнале “Наука в СССР” (1985, № 5), публикуемом на многих языках и предназначенном в основном для иностранных читателей, была опубликована статья, посвященная научным исследова­ниям Дильгама Тагиева. На Юбилейном Собрании Президиума АН СССР (октябрь, 1987) были отмечены результаты, полученные в области исследования реакций оксидегидрирования на цеолитах, как одна из важнейших достижений в области катализа  (Вестник АН СССР, 1987, № 12). На всемирной выставке молодых изобретателей в Болгарии катализатор, представленный Д.Тагиевым, был отмечен дипломом (1985).

В 2007 г. Дильгам Тагиев был избран член-корреспондентом Национальной Академии Наук Азербайджана, а в 2010 г. был назначен председателем Проблемного Совета по научному направлению “Катализ” Республиканского Совета Организации и Координации Научных Исследований. В апреле 2013 г. согласно решению Общего собрания НАН Азербайджана был назначен академик-секретарем Отделения Химических Наук и членом Президиума АН Азербайджана. В 2014 г. на общем собрании Отделения Химических Наук был избран действительным членом НАН Азербайджана и директором института Катализа и Неорганической Химии имени академика М.Нагиева, членом Республиканского Совета по координации научных исследований. В мае 2017 г. был избран вице-президентом НАН Азербайджана на общем собрании НАН Азербайджана.

Дильгам Тагиев является автором более 750 научных работ, 470 из них были опубликованы в США, Канаде, Мексике, Испании, Франции, Бельгии, Голландии, Англии, Шотландии, Швеции, Финляндии, Германии, Австрии, Италии, Китае, Чехии, Польше, Болгарии, Японии, Южной Корее и др. Он автор 60 изобретений (авторских свидетельств и патентов), 21 монографии, книг и учебников, 16 учебных пособий, главный научный редактор 2 книг и редактор 6 книг и сборников. Более 230 его научных работ были опубликованы в импакт-факторных научных  журналах и сборниках (125 из них были включены в базу Web of Science).

Дильгам Тагиев представлял Азербайджанскую науку на многих мероприятиях, проводимых в разных странах. Он выступал с докладами на международных конгрессах, симпозиумах и конференциях в России (1974–2016), Болгарии (1979, 1983, 1991), Чехии (1982, 2005), Германии (1980, 1990, 2018), Франции (2001, 2004, 2017), Швеции (2002), Шотландии (2003), Австрии (2003), Швейцарии (2004), Испании (2002, 2006, 2015, 2016), Италии (2016, 2017, 2018), Словении (2019) и Турции (2019). В 2017 г. при­нял участие на 39-й Генеральной Конференции UNESCO в Париже как представитель Азербайджана в научных комиссиях по точным, общественным и гуманитарным нау­кам, участвовал в обсуждении вопросов об организации геопарков на территории Азербайджана.

По предложению и приглашению Научно-Исследовательского Института Катализа и Окружающей Среды г. Лиона Франции и Фонда SİNTEF в Норвегии на конкурсе грантов Horizon 2020 на период 2019–2022 гг. Дильгам Тагиев в составе Международной группы стал победителем.

Дильгам Тагиев был избран членом Совета АН СССР по Катализу (1989), членом Нью-Йоркской Академии Наук (1994), Международной Цеолитной Ассоциации (2001), Американского Химического Общества  (2003), Российской Академии Естествознания (2013) и членом Международной Ассоциации Перспективных Материалов (2018).

В настоящее время Дильгам Тагиев является вице-президентом Национальной Академии Наук Азербайджана, директором Института Катализа и Неорганической Химии имени академика М.Нагиева, главным редактором Азербайджанского химического журнала, членом редакционной коллегии журналов “Доклады НАН Азербайджана”, “Вестник НАН Азербайджана”, газеты “Элм”, членом Республиканского Совета по Координации научных исследований, членом На­блюдательного Совета Парка Высоких Технологий НАН Азербайджана, председателем комиссии по борьбе с лженаукой при Президиуме  НАН Азербайджана.