Dimitri Van De Ville obtient en 1998 un master en informatique,  puis en 2002 un doctorat de l’Université de Gand, en Belgique. Il effectue entre 2002 et 2005 un séjour postdoctoral au sein du groupe d’imagerie biomédicale de l’EPFL. En 2005, il prend la responsabilité de l’Unité de traitement du signal de la Faculté de médecine de l’UNIGE et des HUG. Cette unité fait partie du Centre d’imagerie biomédicale (CIBM), une initiative commune aux institutions lémaniques dans le domaine de l’imagerie médicale. En 2009, il obtient une bourse professorale du Fonds national suisse pour la recherche scientifique (FNS) et rejoint conjointement, en tant que professeur assistant, le Département de radiologie et informatique médicale de la Faculté de médecine de l’UNIGE et l’Institut interfacultaire de bioingénierie de l’EPFL. Il est nommé professeur associé dans ces deux institutions en 2015, puis promu professeur ordinaire en mai 2026. Il dirige le Laboratoire de traitement d’images médicales au Campus Biotech de Genève, où il contribue également au développement de la plateforme d’IRM. Il reste étroitement impliqué dans les activités du CIBM, notamment en tant que chef de section. 

Dans le cadre de ses recherches, il développe des outils innovants dans les domaines de l’imagerie médicale, du traitement des signaux, de la neuroimagerie du cerveau et de la moelle épinière ainsi que de la connectivité fonctionnelle. Ses travaux visent à mieux comprendre le fonctionnement du système nerveux central et à proposer de nouveaux marqueurs d’états cognitifs et cliniques. Ses contributions ont été récompensées par le Pfizer Research Award 2012, le NARSAD Independent Investigator Award 2014, le Prix Scientifique Leenaards 2016, et l’IEEE Engineering in Medicine and Biology Technical Achievement Award 2024. Il est en outre nommé Fellow de l’IEEE Signal Processing Society en 2020 et de l’EURASIP (European Association for Signal Processing) en 2023.