丁宝桢，咸丰三年（1853年）中进士，初任翰林院庶吉士。不久后，因母亲去世返乡丁忧，恰逢遵义的杨隆喜造反，丁宝桢倾尽家财招募了八百壮士保卫家乡。咸丰六年（1856年），丁忧期满，恰逢苗民教匪叛乱，叛军蜂拥而起。时任贵州巡抚蒋霨远上奏朝廷，申请让丁宝桢部留在平乱军中，皇帝同意并特别下令授予丁宝桢编修一职。此后，丁宝桢增加在民间的招募，士兵总数达到四千人，并先后收复平越、独山等诸多城池。
咸丰十年（1860年），丁宝桢任岳州知府后，遣散了之前招募的军队。但由于亏欠的饷银非常多，丁宝桢把五百两银子放在桌案上，对大家说：“我和各位在一起共事很久了，现在府库的钱粮短缺，你们空着手回家，怎么办？”大家流着泪说：“您不惜捐献所有家产，解救国难，我们还怎么敢有另外的要求？”于是纷纷离开。丁宝桢成功化解了无饷可发的危机。 同治元年（1862年），任长沙知府。
同治二年（1863年），丁宝桢升任山东按察使。当时科尔沁郡王僧格林沁在鲁、豫两地统帅军队作战，僧格林沁自觉地位高贵，十分倨傲，见省级以下官员不设座位，丁宝桢投递名帖求见，说低级武官丁某投书王爷，给予座位就觐见，不给座位就不见，身边的侍从人员都大惊失色，僧格林沁佩服他的强硬不屈，为丁宝桢改变仪容礼敬有加。山东巡抚阎敬铭听说这件事后，大为称奇，丁宝桢到任的那一天，亲自在郊外迎接，从此无论大小事务，都先咨询丁宝桢之后才实行。僧格林沁命令丁宝桢平叛河北的农民起义首领宋景诗发起的叛乱。不久丁宝桢因擅自招抚降兵被弹劾，部议降三级处理。
同治三年（1864年），丁宝桢升任山东布政使。同治四年（1865年）僧格林沁战死于曹州，丁宝桢被弹劾协战不力，恩降四品顶戴留任。同治五年（1866年），给事中孙楫、御史朱镇又搜集罗织了其他的罪名来弹劾他，此事转呈到曾国藩手中，曾国藩向皇帝禀告说丁宝桢无罪。山东巡抚阎敬铭向来欣赏丁宝桢的才能，到这时就请求退休，举荐丁宝桢来代替自己，于是朝廷就任命他做山东巡抚。当时捻军的部队直逼边防海岸线，李鸿章建议朝廷在胶莱河修筑防御工事，丁宝桢也参与其中。
同治六年（1867年），东路捻军逃到潍河，东路军副将王心安刚刚筑成营垒，但是堤墙尚未完成，捻军长驱直入渡过了潍河，丁宝桢将这件事禀告给皇帝。皇帝大怒，将李鸿章交付兵部审议，丁宝桢被处以革职留任的处分。这之前东路军镇守潍河，本是安徽将领潘鼎新驻防地段，安徽军刚刚南移，而北路就立即失利。皇帝下令将副将王心安斩首，丁宝桢上书直言辩驳，皇帝就宽宥了王心安而斥责李鸿章，丁宝桢又屡次上书揭发，皇帝于是越发斥责李鸿章为人刻薄善妒、放纵寇敌。
同治七年（1868年），西路捻军奔赴定州，京畿附近大为震动。丁宝桢听到军情示警，立即快马奔驰到东昌，率领一千骑兵，三千精锐步兵，带着五天粮食，日夜兼程，援助北方，捻军于是向南溃逃。这场战役，朝廷派遣禁军到京城外防备捻军，统领士兵的各位将领都受到责备，而皇上只因为丁宝桢这一支军队突然出现在敌人之前，转战雄雄、任、深、祁、高、肃各州间，收复饶阳，功劳最大，多次降下圣旨褒扬嘉奖，加太子太保衔。
宦官安德海先后侍奉咸丰帝和慈禧太后多年，咸丰帝死后成为慈禧太后心腹，颇受宠信。同治八年（1869年），安德海违反祖制、擅出宫禁，在未携带任何公文的情况下出宫游玩并借机敛财。 八月二日，安德海至泰安境内，丁宝桢派骑兵将其逮捕，随后押往济南。丁宝桢早就对安德海的仗势骄横非常愤慨，立即密奏朝廷，痛斥安德海种种不法行径。八月六日，得旨，安德海就地正法。八月七日，丁宝桢诛安德海于山东济南。 此举使得朝野上下人心大快。
光绪二年（1876年），丁宝桢受到光绪帝的接见，被授头品顶戴、太子少保，兼兵部尚书、都察院右都御史衔，代替吴棠署理四川总督一职。成都将军恒训再次核查堤防工程，又挑剔指摘到盐运祸害商贾民众，流弊很大，拒绝责难，进行争辩。皇帝担心丁宝桢被流言困惑，亲自下令告诉丁宝桢不要改变当初的想法。不久就正式授予他实职，丁宝桢也更加的自我勉励，更加注重储存粮食，严厉进行督责搜捕。
丁宝桢刚刚到任履职时，城内每月都有盗窃抢劫的案件，到他上任后几乎把匪徒诛杀干净，宣称为路不拾遗。当时四川吏治腐败、财政赤字巨大，慈禧特为丁宝桢写了一幅字《国之宝桢》，足见朝廷对丁宝桢寄予了厚望。督川十年，他体恤民情，实心办事，深受民众爱戴。在此期间他编纂的《四川盐法志》，既总结了四川盐井生产技术，又有大量精美的木刻插图。
光绪十二年（1886年），丁宝桢在四川总督任上去世，享年66岁。由于朝廷发放的俸禄被多数用于救济贫困百姓，这位封疆大吏病危时竟然债台高筑。身边的随从随员们聚集在一起拿出钱帮助办理丧事，扶柩回乡才能够成行。
丁宝桢死后，山东父老联名具奏朝廷，请求将他的灵柩运回山东安葬。朝廷下旨：“准葬山东，予山东、四川、贵州建祠。”并追赠其太子太保，谥号文诚。其子丁体常等遵从父亲之遗命，为了不扰民，由水路扶丧。次年秋，灵柩回归济南。士绅百姓“郊野祭吊，军民悼哭”。光绪十三年（1887年）九月二十五日，丁宝桢安葬于历城的丁家林地元配谌夫人墓的东侧（现济南历城区全福立交桥东）。
丁宝桢生活在中国历史发生大变局的时代，面对外面“船坚炮利”的现实，丁宝桢致力于“求富自强”的洋务运动。他以开放的眼光看待世界形势，痛斥“墨守纲常”的人。认为中国要自强，必须学习西方，“精求武备”，“仿照外洋枪炮之巧如法制造”，这样才能“弃我之短，夺彼之长”。
光绪元年（1875年），丁宝桢以“靖海安边”为名，上奏清政府批准，在济南北郊新城择地300亩，建山东机器局，引进国外机器设备，制造火药、马梯尼洋枪，成为“师夷长技以制夷”的典范。
次年丁宝桢升任四川总督，又借鉴山东机器局的经验，创办了四川近代第一座机器制造工厂——四川机器局。山东、四川机器局的创办，成为两省近代工业的开端。
同治十年（1871年），黄河在山东郓城决口。丁宝桢亲赴工地，指挥抢险。两个月的时间里，丁宝桢与役夫同甘共苦，于二月二十四日“工竣合龙”，堵住了决口。同治十二年（1873年），黄河再次遭遇大决口，丁宝桢又一次挺身而出，军民同心，历时半年筑起了高十四尺、宽三十尺、厚百尺的障东堤。 二百五十里的障东堤修好后，近百年来黄河此地不再决口，保证了方圆几百里村庄的安全。
光绪三年（1877年），他组织了大修都江堰的工程。丁宝桢注重调研，他与时任灌县知县陆葆德往返勘工十二次后，得出结论：都江堰用竹笼堤“岁修累甚”，拟修建成永久性的防洪堤。丁宝桢将都江堰分水鱼嘴、内江仰天窝鱼嘴、蒲柏河鱼嘴和人字堤全部改用条石修砌。条石之间用铁锭互相闩住，并用桐油、石灰、糯米汁嵌缝。同时，还石砌堤岸一万二千余丈，修建白马槽、平水槽等导水、泻水工程，疏淘内、外江干流及江安河入口段等被淤塞河道，挖河方四十多万方，有效预防决堤险情的发生。
丁宝桢在文化建设同样颇有作为。
同治八年（1869年），山东巡抚丁宝桢创办尚志书院，俗称尚志堂。就学者除学习儒学外，还学习天文、地理、算术。该堂曾刊刻的书籍，称尚志堂版，在国内享有盛誉。至今，在趵突泉公园，尚志堂建筑仍存。同期，丁宝桢还创办了近代山东最早的官书局——山东书局。该局最著名的刻本《十三经读本》则是由丁宝桢亲自参与校勘的。
另外值得一提的是，清末济南学者马国翰生前曾编辑完成《玉函山房辑佚书》，该书辑佚书594种，为辑书史上的空前巨著。但因马国翰去世未能刊行。同治九年（1870年），在丁宝桢协助下，泺源书院从马国翰亲属处借出《玉函山房辑佚书》的书板，整理后分订一百册印刷行世。为后世学术研究提供了珍贵资料。
丁宝桢的政绩，很大程度得力于用人，他提拔官员看重德才兼备。他在实践中深刻体会到：“上谕为政，首在得人”，只有“重用德才兼备之人”，才能把事情办好，所以，“深维求治，以任贤为急”。他用人的标准，一是“居心行事”；二是“苟异于人”。也就是说，要用有事业心而且确有奇才的人，而不是“只会做官不会做事”的“阿混”。对人才的考察，必须“察其言，观其行”而后“知其人”。每到一处，便悉心查访，但遇心术正大、才识卓越、能办实事的人，便极力保举、提拔。他发现丁彦臣是一个“才识开拓、器向宏深，明干笃实”的人，便保举他治理山东河道。办洋务，保举了一批“博求通识之士”，如薛福成、张荫桓等。在抵抗外来侵略中有功的长庚、鲍超等，都是丁宝桢一手提拔起来的。
《清史稿》：宝桢政尚威猛 。至今言吏治者，常与沈葆桢并称，尤励清操。
丁宝桢为人正直，勤政廉洁，广受朝野好评。礼部尚书李端芬高度评价丁宝桢的功德情操，把他与曾国藩、左宗棠等同推为中兴名臣。
阎敬铭：“生平处大事无所趋避”，“其知有国而不知有身，其天性然也”。
《清盐法志》：丁宝桢创办的官运商销之法“明效大著，之后一切成法皆有可循”，“诚数世之利也”。
