1887年，丁文江出生於江蘇泰興壹個書香世家。
1902年秋，東渡日本，不過未進正式學校，與反清的留學生多有接觸，過著“談革命，寫文章”的生活。
1904年夏，受吳稚暉影響，由日本遠渡重洋前往英國。
1906年秋，在劍橋大學學習。
1907-1911年，在格拉斯哥大學攻讀動物學及地質學，獲雙學士。
1911年5月，離英回國，回國後在滇、黔等省調查地質礦產。
回國任教
1911-1912年在上海南洋中學講授生理學、英語、化學等課程，並編著動物學教科書。丁文江從事地質事業自與章鴻釗相識始。
1911年9月應京師學部留學生考試，他與中國早期地質事業創始人章鴻釗相識。 1913年2月再次赴北京、擔任工商部礦政司地質科科長，其後不久，與章鴻釗等創辦農商部地質研究所，培養地質人才，並任所長，1914年辭去所長職務，再度於1914年2月至1915年1月赴雲南進行野外調查。
1916年他與章鴻釗、翁文灝壹起組建農商部地質調查所，擔任所長。
1917年丁文江隨梁啟超赴歐洲考察，並列席巴黎和會。丁文江向北京大學校長蔡元培建議聘請美國地質學家葛利普及當時在英留學的李四光到該校任教 。
1921年丁文江辭去地質調查所所長職務後，兼任名譽所長，擔任北票煤礦總經理。 1922年與胡適等人創辦了《努力周報》，發表大量文章力促“好人”出來從政。在《少數人的責任》壹文，他果決地聲明：“要認定政治是我們唯壹的目的，改良政治是我們唯壹的義務。不要再上人家的當，說改良政治要從實業教育著手。”“中國政治的混亂，不是因為國民程度幼稚，不是因為政客官僚腐敗，不是因為武人軍閥專橫，－－是因為‘少數人’沒有責任心而且沒有負責任的能力。” 1929年春負責對西南諸省的地質調查，並開始兼任地質調查所新生代研究室名譽主任。1931年任北京大學地質學教授。
1933年6月丁文江離上海赴華盛頓出席第16屆國際地質大會，與葛利普、德日進同行。其後再次到歐洲考察，9至10月訪問蘇聯。
“九壹八”事變的爆發，使壹度消沈的丁文江深受刺激，再度振作起來，又與胡適等人創辦了《獨立評論》。然而歷經近十年的風雨坎坷後，他們心境已變，了無當年創辦《努力周報》時急欲實際從政的熱情與信心，僅希望“不倚傍任何黨派”以“獨立”的身份評論政治。丁文江在從事科學研究的同時，又對“天下事”廣發議論。在《假如我是張學良》壹文中為張學良設計作戰方案，儼然壹位軍事學家；在《假如我是蔣介石》壹文中苦心勸蔣“立刻完成國民黨內部的團結”，“立刻謀軍事首領的合作”，“立刻與***產黨商量休戰，休戰的唯壹條件是在抗日期內彼此互不相攻擊”。但這，仍是壹廂情願。
丁文江在創辦及擔任地質調查所所長期間，非常重視野外地質調查、提倡出版物的系列化、積極與礦冶界協作和配合，並熱心地質陳列館及圖書館的建設。他擔任《中國古生物誌》主編長達15年，在地學界極有影響。
丁文江為中國地質學會創立會員，1922年1月在北京西城兵馬司9號主持召開了第壹次籌備會議。1923年當選第二屆會長。 丁文江壹生中曾多次成年累月地在野外奔波勞碌，搜羅第壹手材料，從而著書立說。他早年帶領學生實地考察時，就力倡“登山必到峰頂，移動必須步行”，“近路不走走遠路，平路不走走山路”之準則。他為中國地質學者樹立了實地調查采集的工作典範。
1913年，丁文江與F．梭爾格（Solgar）、王錫賓壹同調查正太鐵路沿線地質礦產，很有收獲。首先，他給“太行山”下了個新的地理學上的定義，認為從河南濟源至河北阜平這段近乎南北向的山脈才是真正的太行山，而從阜平至山海關這段近乎東西向的山脈則應叫“燕山”。其次，他指出，傳統地理學往往把山脈當做大河之分水嶺，而山西若幹大河，如唐河、滹沱河、漳河等都穿太行山而流到河北，這就打破了“兩山之間必有水，兩水之間必有山”的習慣觀念。再次，他對洋人調查中國地質之結論絕不輕信盲從，而是實事求是、具體分析，如德國人李希霍芬上世紀曾盲目樂觀地妄言：“山西真是世界煤鐵最豐富的地方，照現在世界的銷路來說，山西可以單獨供給全世界幾千年”。丁文江實地工作後發現，山西的煤的確很多，而鐵卻不然，正太路附近鐵礦最厚的礦層不超過0．6米，且厚度不穩定，不規則，經濟價值不大。這實際就是今天所謂的“古風化殼型”的“山西式鐵礦”。他根據事實寫了壹篇文章，題為《有名無實的山西鐵礦——新舊礦冶業的比較》，糾正了洋人的錯誤。
雲南調查
1914年初，丁文江又奉命單獨去雲南、四川、貴州調查地質，至1915年初才返京。他調查了雲南個舊的錫礦、東川的銅礦、宣威的煤礦，又對滇東地層、古生物、構造、礦床都作了詳細研究，特別糾正了法國地質學家戴普拉（Deprat）等人的錯誤。他最早命名了下寒武統滄浪鋪組、中誌留統面店組、上誌留統關底組、妙高組、玉龍寺組等地層單位。1936年他逝世後，王曰倫系統整理了他的研究成果，寫成《雲南東部寒武紀及誌留紀地層》壹文發表。丁文江是壹位卓越的探險家，他隨身帶著《徐霞客遊記》，處處以徐霞客為榜樣。他常追蹤徐霞客的旅行考察路線，既肯定徐霞客的功績又指出其不足和錯誤。這為丁文江後來潛心研究、整理《徐霞客遊記》打下了基礎。黃汲清說：“他（丁文江）平生最佩服徐霞客，而他自己就是20世紀的徐霞客，……他的成就遠遠超過徐霞客。”
揚子江考察
1916年，丁文江應上海黃浦江水道總局之邀，去江蘇、安徽、浙江三省調查揚子江下遊地質，其成果於1919年以《蕪湖以下揚子江流域地質報告》之專著形式發表。首先在該區地層之研究上，他大大超過了李希霍芬等外國學者。他將泥盆紀的堅硬石英砂巖命名為“五通山石英巖”。他又把李希霍芬原籠統命名的包括石炭系與下二疊統的“棲霞石灰巖”詳細劃分成了“棲霞石灰巖”、“南臯煤系”、“洞庭砂巖”、“船山石灰巖”幾部分。該文在闡述江南山嶺的地質構造與秦嶺、南嶺地質構造之間關系的同時，也探討了各自的特點和地殼運動之時代。文中還闡述了氣候變遷、河流生成等問題及對揚子江口及三角洲之形成和發展的探討，尤有獨到見解。他以對《禹貢》等經典著作的淵博知識和對各區域方誌材料的詳細考證，從2000年來江浙各縣治設立之先後時期及海塘建築之歷史，推究海岸的變遷，闡明三角洲的伸展，認為江蘇海岸平均約60年向外推進1英裏，這與水文學家海登施塔姆（Heindenstam）之研究結果不謀而合。
1918年，丁文江在陜西、河南省交界附近的三門峽發現第四系下部壹個好剖面，最上為黃土；中為礫石層；下為砂層；最底為泥砂層，其中含雙殼動物化石，經美國古生物學家W．H．多爾（Dall）鑒定，其時代為早更新世。丁文江同時又在山西河津縣北裏村發現差不多相同時代的地層剖面，上為黃土，下為砂層，在砂層之頂部產象化石。他把這些成果交瑞典地質學家J．G．安特生（Andersson）匯總研究，後來，安特生於1923年發表了《中國北方之新生界》這壹專著，其中全面引述、介紹了丁文江的研究結論。自此，丁文江就被中國地層學界公認為“三門系”的創立者。
1928年，丁文江受國民黨政府鐵道部和廣西省當局之邀，到廣西去調查擬議中的川廣鐵路線及沿線地質礦產。他走遍了大半個廣西，而於廣西中部及北部，如南丹、河池、馬平、遷江諸縣調查尤詳。他除勘查了南丹、河池的錫礦及遷江壹帶煤田外，特註重地層系統及地質構造之研究。他在廣西東部南寧、武鳴壹帶見中泥盆統的蓮花山砂巖不整合覆蓋於前泥盆紀的龍山系變質地層之上，因而確定加裏東期造山運動之存在，命名為“廣西運動”。他又在河池地區發現水平的二疊系灰巖與直立的泥盆系灰巖之不整合，從而證明海西期造山運動也存在於桂西北。他著重研究了富含化石的“馬平灰巖”，他采的化石經葛利普描述，撰寫成壹部專著《中國西南部二疊紀馬平灰巖動物群》出版。
西南地質調查
1928年，地質調查所組織力量，再度到西南進行地質調查，丁文江任總指揮。率曾世英、王曰倫等由重慶入貴州桐梓，西抵畢節。他們長途步行，看石繪圖，用極嚴格的科學方法努力工作。第二路譚錫疇、李春昱壹直在四川工作。第三路趙亞曾、黃汲清自陜西越秦嶺入四川，在川西南分為二組，趙亞曾由敘州（宜賓）入滇東北，至昭通閘心場為土匪殺害。黃汲清則由敘州入貴州，在大定與丁文江會合，壹起從事調查，向南直抵廣西，然後折回重慶，再返北平。這是丁文江壹生中最大的、也是最後壹次大規模地質調查旅行。這次調查歷時之長（約1年）、項目之多樣（涉及地質、古生物、礦產、地理、人種等學科）以及成就之輝煌，真是前所未有。他們在上古生界地層考察上尤為精細透辟。回北平後，積極從事室內整理，撰文發表。1931年他發表了《豐寧系地層學》壹文，指出豐寧紀（早石炭世）地層在廣西、貴州分布最普遍，而黔南獨山壹帶層序最清楚，化石最豐富。他將它自上而下分為：上豐寧紀——上司統（石灰巖），中豐寧紀——舊司統（石灰巖）；下豐寧紀——湯耙溝統（砂巖）及革老河統（石灰巖）。這個層序至今仍為廣大地質工作者所沿用，只不過隨著研究的發展，有所歸納而已。 1936年1月5日，時任中央研究院總幹事的丁文江在湖南譚家山煤礦考察時因煤氣中毒遽爾長逝。消息傳來，知識界為之震動。其後，便是壹片冷寂。除胡適在50年代匆匆寫就《丁文江的傳記》以慰追思之情和偶有幾篇零星文章外，這個名字逐漸被人淡忘。
丁先生的墓地在長沙嶽麓山西麓（後山）半山腰，普普通通的壹個圓形饅頭，沒有壹代大家的風範，和嶽麓前山的黃興墓、蔡鍔墓反差極大。