Dietrich Hilsdorf studierte an der Hochschule für Musik und Darstellende Kunst in Frankfurt/Main Schauspiel. Seit 1978 hat er mehr als hundert Inszenierungen auf den Gebieten Schauspiel, Oper und Musical erarbeitet, u. a. in Dortmund, Wiesbaden, Meiningen, Gelsenkirchen, Essen, Stuttgart, Frankfurt/Main, Düsseldorf, Bremen, Bonn, Köln, Berlin, Catania und Wien. Im Schauspiel gilt sein besonderes Interesse den großen deutschen Dichtern Lessing, Goethe, Schiller und Kleist. Die Theaterkritik lobt Hilsdorf als einen der wichtigsten Klassiker-Regisseure Deutschlands. Im Bereich des Musiktheaters verzeichnete er große Erfolge mit zeitgenössischen Opern, z. B. „Draußen vor der Tür“ von Sandor Balassa nach Wolfgang Borchert, „Der Park“ von Hans Gefors nach Botho Strauß und „Le Grand Macabre“ von György Ligeti. Er setzte aber auch mit seinem Gelsenkirchener Mozart-Zyklus, mit Verdi-Opern am Aalto-Theater in Essen und seiner Reihe der Bonner Händel-Inszenierungen Maßstäbe für das Musiktheater. Mit der Inszenierung des Musicals „Jekyll & Hyde“ in Bremen wurde er Musical-Regisseur des Jahres 1999. Mit seiner Inszenierung „Jephta“ von Georg Friedrich Händel in Bonn wurde Dietrich Hilsdorf im Jahr 2006 für den deutschen Theaterpreis DER FAUST in der Kategorie „Beste Regie Musiktheater“ nominiert.
In jüngster Zeit inszenierte er u. a. an der Oper Leipzig „Die Entführung aus dem Serail” (Mozart) und „Jenufa“ (Janáček) und am Staatstheater Wiesbaden Wagners „Tristan und Isolde“ und die Deutsche Erstaufführung der Eötvös-Oper „Love and other demons“ nach dem Roman des Nobelpreisträgers Gabriel García Márquez in Chemnitz. In Düsseldorf/Duisburg ist seine Inszenierung von Puccinis „Tosca“ zu erleben.