Филип Димитров завършва право в Софийския държавен университет през 1977 г., след което работи като адвокат във Втора адвокатска колегия.
През 1990 г. става заместник-председател на новосъздадената Зелена партия, която влиза в състава на СДС. През август е избран за заместник-председател, а няколко месеца след отстраняването на Петър Берон – за председател на Координационния съвет на СДС. Остава на поста до края на 1994 г.
Като лидер на СДС през ноември 1991 г. Филип Димитров съставя правителство на малцинството.
Димитров е народен представител в 36-ото, 37-ото и 40-ото Народно събрание.
В периода 1997-1998 г. Димитров е представител на България в Организацията на обединените нации в Ню Йорк, а след това и посланик на България в САЩ (1998 – 2001).
От 2015 г. Филип Димитров е съдия в Конституционния съд на Република България.
Носител е на наградата Truman Reagan Freedom Award за принос в борбата за отхвърляне на комунизма в Европа.
Димитров е автор на два исторически романа, както и на роман с евангелска тематика.
