У него высшее биологическое образование, магистерская степень в Софийском университете им Св. Климента Охридского.

С 2000 г. исследует проблемы человеческой репродукции в Институте биологии и иммунологии репродукции при Болгарской академии наук (БАН). В период 2006–2009 – главный ассистент Секции „Молекулярная иммунология” при Институте биологии и иммунологии репродукции – БАН.

Защитил кандидатскую диссертацию на тему „Характеристика и биологические эффекты перитонеальной жидкости при эндометриозе” на соискание ученой и образовательной степени „доктор” (кандидат наук) – 2009 г., в Болгарской академии наук. В 2013 г. приобрел академическую должность „доцент“ в Институте биологии и иммунологии репродукции – БАН.

С 2009 до 2014 г. работал биологом-эмбриологом в ЭКО АГ „Медицинском центре Димитров”. Румен Димитров – сертифицированный эмбриолог (Clinical Embriologist) от Европейского общества человеческой репродукции и эмбриологии (ESHRE). Член Болгарской ассоциации человеческой репродуктивной эмбриологии.

Прошел специализацию в Clinic for Obstetrics and Gynecology, Magdeburg, Germany, 2005 г.; Institute for Immunology of Rеproduction, Magdeburg, Germany, 2009г.; Assuta Hospital Rishon Le’zion – IVF clinic, 2014 г.