Dalton Trumbo nait dans le Colorado en 1905. A l'âge de vingt ans, il part pour la Californie. Il y travaille comme boulanger la nuit, tandis que le jour il étudie à l'Université de Californie du sud. A la fin de ses études, il commence à écrire des articles en tant que journaliste indépendant.
En 1933, il devient rédacteur en chef de la revue Hollywood Spectator, une publication de critiques cinématographique. La revue cesse un an plus tard. Trumbo est alors engagé comme lecteur à la Warner Bros jusqu'en 1936. Il est renvoyé, car il refuse de démissionner de la Screen writer's guild, un syndicat fortement ancré à gauche. Il écrit quelques scénarii, sans grande importance, pour la Screen writer's guild et il devient militant dans plusieurs associations de gauche. Il est alors membre de la Anti-nazi league (ligue anti-nazi), le Committee in defense of negro rights (comité de défense des droits des noirs), le Committee against war and fascism (comité contre la guerre et le fascisme), etc.
En 1938, il épouse Cléo Beth Fincher, il aura trois enfants avec elle. Cette année-là, il écrit
Johnny Got His Gun. Il écrit également le scénario de son premier "grand film", A man to remember de Garson Kanin. Il devient rapidement l'un des scénaristes les mieux payés d'Hollywood. Il a une capacité à écrire très rapidement : en une journée il peut proposer trois, quatre versions d'une même scène. En 1941, Kitty Foyle, réalisé par Sam Wood, est nommé pour l'Oscar du meilleur scénario. Il est également un grand pamphlétaire.
En 1941, peu de temps après l'invasion allemande de l'URSS, alors que le PCUS vient de faire un virage à 180° sur la question de l'entrée en guerre, Johnny s'en va-t-en guerre est épuisé et l'extrême droite américaine fait pression sur lui et son éditeur pour obtenir une réédition. Cela le convainc que c'est « exactement le type de livre qu'il ne fallait pas réimprimer avant la fin de la guerre ». Il va jusqu'à informer FBI des agissements de ces correspondants, ce qui provoque le début de ses ennuis avec celui ci.
En octobre 1947, la House of Un-American Activities Committee (commission des activités antiaméricaines) se réunit à Washington et commence des audiences afin de déterminer quels sont les individus "déviants" du monde hollywoodien. Trumbo est l'un des Dix d'Hollywood, lorsqu'il refuse de répondre à la question : « Êtes-vous encore, ou avez-vous été membre du parti communiste? ». Les dix invoquent le premier amendement (liberté d'expression et de réunion) pour justifier leur refus de répondre, la commission, quant à elle, estime qu'ils outragent le congrès. Trumbo est condamné à une peine de prison qu'il effectue en 1950 pendant 11 mois.
Trumbo ne refuse pas catégoriquement de répondre à la question, mais ne répond pas comme le désirerait la commission. Un exemple de ceci est l'extrait suivant, tiré de l'audience de Dalton Trumbo devant la commission :
L'atmosphère est tendue depuis un petit moment
Trumbo souhaitait également ajouter une déclaration dans laquelle il présente une défense offensive, niant la légitimité de la cour et comparant la situation à l'incendie du Reichstag en 1933 qui avait permis d'asseoir le pouvoir d'
Hitler.
De plus il est inscrit sur la "liste noire d'Hollywood" ce qui dans les faits lui interdit de travailler dans le cinéma. Il s'exile au Mexique avec Hugo Butler et sa femme Jean Rouverol eux aussi sur la liste noire. Il y rencontre Luis Buñuel et une relation amicale se noue entre les deux cinéastes. Il lui parle alors d'un projet qui lui tient à coeur : l'adaptation au cinéma du livre qu'il a écrit en 1938, Johnny s'en va-t-en guerre. De là-bas, il continue à écrire pour le cinéma américain sous des noms d'emprunts, Millard Kaufman (Gun Crazy en 1950) ou encore Robert Rich, avec qui il remporte même l'Oscar du meilleur scénario pour Les clameurs se sont tues de Irving Rapper, en 1956. A partir de 1957, tout va contribuer à affaiblir le pouvoir de la liste noire.
Il sort officiellement de la liste noire en 1960, lorsque Otto Preminger pour Exodus, demande que Dalton Trumbo soit crédité sous son vrai nom au générique. La compagnie United Artists, de tradition libérale et de gauche, accepte. Kirk Douglas fait alors rétroactivement la même chose avec le film sorti la même année, Spartacus, réalisé par Stanley Kubrick.
En 1971, il réalise son unique film, une adaptation de son roman Johnny s'en va-t-en guerre. Le film est montré au festival de Cannes et est congratulé par Jean Renoir et Luis Buñuel. Il obtient le Grand prix du jury.
Il décède d'un infarctus du myocarde à l'âge de 71 ans, le 10 septembre 1976.