După absolvirea Facultății de Litere a Universității din București (1933-1938), a plecat la Roman, ca bursier al Școlii Române de acolo, înființată de Vasile Pârvan, și până în 1942 a studiat arheologia și istoria antică. Ca bursier și apoi ca bibliotecar al Școlii Române de la Roma (1939-1947), se inserează în viața științifică a capitalei italiene, obținând, la Universitatea din Roma, o a doua licență, sub conducerea lui Gaetano de Sanctis (Izvoare geografice ale Daciei, 1945). Datorită lui, în timpul războiului, biblioteca de specialitate a Accademiei di Romania a rămas deschisă cercetătorilor din Roma (au frecventat-o, atunci, personalități ilustre, ca Giovanni Forni, Santo Mazzarino, M.J. Vermasseren), în timp ce bibliotecile prestigioaselor institute similare ale Germaniei, Marii Britanii, SUA, Belgiei și Olandei fuseseră închise sau evacuate.
În 1945 a absolvit Facultatea de Litere a Universității din Roma, cu teza de licență despre Izvoare antice referitoare la Dacia.
La sfârșitul anului 1949 a fost invitat să participe la săpăturile din Sicilia, lucrând pe șantierele arheologice din Siracusa și Lentini. Din 1951 și până în 1961 a condus săpăturile de la Gela, mai ales cele de pe teritoriul antic al cetății, lucrând împreună cu arheologul Piero Orlandini. Cu acest prilej a reluat tema tratata de Vasile Pârvan în „Getica”, și anume relațiile dintre coloniștii greci și populațiile indigene.
Datorită rezultatelor obținute în Sicilia cu ajutorul fotografiei aeriene, a fost chemat în 1961 la Roma de către Ministerul Educației Naționale al Italiei pentru a fonda noul institut denumit „Aerofoteca”, pe care l-a condus până în 1964. În acest institut, unic în felul lui în Europa și America, au fost adunate fotografiile aeriene din timpul celui de-al doilea Razboi Mondial, realizate de forțele aeriene ale Italiei, Marii Britanii, Germaniei și Statelor Unite privind teritoriul Italiei, o foarte bogată sursă pentru reconstituirea topografiei antice. Rezultatele cercetărilor din Sicilia au fost publicate împreună cu Orlandini în trei volume dedicate cetății Gela și teritoriului antic al coloniei în Notizie degli Scavi Monumenti Antichi ale Academiei Naționale dei Lincei și în alte reviste: Revue Archeologique, Archeologia Classica, Bollettino d’Arte.
În 2005, după decesul arheologului (2004) în Palatul Loffredo din Potenza, a fost inaugurat Muzeul Arheologic Național „Dinu Adamesteanu” al provinciei Basilicata.