زاده بیستمین روز آبان ۱۳۳۴ در تبریز. فرزند نصرالله دیهیمی که مترجم بود و در دانشگاه هم تدریس می‌کرد. می‌توان خانواده‌ی دیهیمی را خانواده‌ی مترجم‌ها لقب داد، چراکه فرزندش، زنده‌یاد نازنین دیهیمی هم مترجم بود و همسرش، رؤیا رضوانی نیز ترجمه می‌کند.

خشایار دیهیمی آثار زیادی را در زمینه‌ی ادبیات کشورهای گوناگون، فلسفه زندگی، فلسفه سیاسی، ادبیات شرق اروپا و… ترجمه و ویراستاری کرده است. او همچنین سال‌ها تجربه در کار ژورنالیستی و همکاری با مجلات و نشریات گوناگون دارد.

دیهیمی سال‌های کودکی و سال‌های آغازین تحصیلات خود را در تبریز گذراند، سپس، در سال‌های نوجوانی بود که به همراه خانواده به تهران مهاجرت کرد و در تهران ساکن شد. بنا به گفته خودش، دیری نپایید که کتاب خواندن برای او به آیین تبدیل شد و این آغاز با کتاب‌هایی در زمینه ادبیات همراه بود.

آشنایی با غلامحسین ساعدی (گوهر مراد) نقطه‌ی عطفی در زندگی خشایار دیهیمی است و این آشنایی سبب ارتباط دیهیمی با محافلی چون کانون نویسندگان ایران و انجمن‌های روشنفکری و مترجم‌ها و نویسندگان گوناگونی ‌شد.

مهندسی شیمی رشته‌ای است که دیهیمی برای تحصیلات آکادمیک خود انتخاب کرد. چند سالی در شهر ملکان به معلمی مشغول بود تا آنکه بعدها در کارخانه‌ی لاستیک‌سازی کار گرفت؛ شغلی که فقط به تحصیلات دانشگاهی‌اش مربوط بود، اما دیهیمیِ جوان علاقه‌ای به آن نداشت. به گفته‌ی خودش دستاورد آن سال‌ها، ترجمه‌ی تعدادی کتاب در زمینه صنعت لاستیک و ترجمه و تألیف دانشنامه‌ی صنعت لاستیک بود. کتاب‎‌هایی که البته به‌طرز عجیبی هیچ‌یک با نام او به چاپ نرسید.

انتشارات فرانکلین، که بعد از انقلاب به انتشارات انقلاب اسلامی تغییر نام داده بود، مقصد بعدی خشایار دیهیمی بود. در میانه‌ی دهه‌ی شصت بود که او راهی آنجا شد و مسئولیت ویراستاری تاریخ تمدن ویل دورانت را بر عهده گرفت. به گفته‌ی خودش، با آنکه ظاهراً به عنوان نمونه‌خوان وارد این مؤسسه‌ی انتشاراتی شده بود، اما بخت آن را یافت تا با ویراستاری تاریخ تمدن، سطح بینش و دانش خود را ارتقاء بخشد.

خشایار دیهیمی پیرامون فرآیند ترجمه معتقد است: «مترجم ایدئولوگ نیست و من حتی ممکن است کتابی را ترجمه کنم که لزوماً با عقاید نویسنده‌اش همسو نباشم اما خوانده شدن آن را ضروری بدانم.»

دیالکتیک تنهایی، یادداشت‌های یک دیوانه، بیگانه، صالحان، فیلسوفان سیاسی قرن بیستم، فلسفه ترس، سوفیا پتروونا و یادداشت‌ها (آلبر کامو) از جمله ترجمه‌های اوست.