Dick Van Dyke hizo su debut en radio y en los escenarios de Broadway. Más tarde, en 1957, debuta en televisión en la sitcom de CBS The Phil Silvers Show. Pero muy pronto se le dio su propio show, The Dick Van Dyke Show, que dio inicio en 1961 y tuvo su fin en el año 1966. En televisión, Van Dyke ha tenido varios programas más, como la sitcom The new Dick Van Dyke, show que estuvo al aire de 1971 a 1974; el programa de sketches Van Dyke and Company, The Carol Burnett show, así como varias películas para televisión como The morning after (1974), y Diagnosis: Murder (1992), que coprotagonizó junto a su hijo Barry. En la pantalla grande debutó en Adiós, ídolo mío (1963), pero su papel estelar como Berty y el señor Dawes Senior en el aclamado musical Mary Poppins (1964) es el papel que lo lanzó definitivamente al estrellato. Tambien actuó en otras películas como Chitty Chitty Bang Bang (1968), El cómico (1969), Dick Tracy (1990), Una noche en el museo (2006) y Una noche en el museo 3: El secreto de la tumba. (2014). En el 2018 interpretará al anciano hijo del señor Dawes en la nueva película El regreso de Mary Poppins (2018) y se encuentra en la pre-producción de una comedia que protagonizará junto a Barry Corbin y John Amos, Capture the flag, aún sin fecha de estreno.
