Завършва висше образование по биология, магистърска степен в Софийски Университет “Св. Климент Охридски”.

От 2000г. работи като изследовател по проблемите на човешката репродукция в Институт по Биология и Имунология на Репродукцията – Българска академия на науките. През периода 2006 – 2009 е главен асистент към Секция „Молекулярна Имунология“ към Институт по Биология и Имунология на Репродукцията – БАН.

Защитава докторска дисертация на тема “Характеристика и биологични ефекти на перитонеалната течност при ендометриоза” за присъждане на научната и образователна степен “доктор” – 2009 г, Българска Академия на Науките. През 2013г. придобива академична длъжност „доцент“ към Институт по Биология и Имунология на Репродукцията – БАН.

От 2009 до 2014г работи като биолог-ембриолог в Ин Витро АГ „Медицински център Димитров”. Румен Димитров е сертифициран ембриолог (Clinical Embriologist) от Европейското Общество по Човешка Репродукция и Ембриология (ESHRE). Член е на Българската асоциация по човешка репродуктивна ембриология.

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