У 1977–1990 роках працював юристом. 1990 року став заступником голови нової партії зелених, яка увійшла до складу СДС. У серпні став заступником голови, а за кілька місяців після усунення Петра Берона, й головою Координаційної ради СДС.
Будучи лідером СДС 1991 року, після перемоги на виборах, Філіп Димитров сформував уряд меншості, який проте, вже за рік, втративши підтримку «Руху за права і свободи» (ДПС) подав у відставку. Після програшу на виборах 1994 року Димитров відмовився від керівництва СДС.
Після повернення СДС до влади Димитров послідовно обіймав посади Представника Болгарії при Організації Об'єднаних Націй в Нью-Йорку (1997–1998) та Надзвичайного і Повноважного Посла Республіки Болгарії у Сполучених Штатах Америки (1998–2001). Після приходу до влади президента Георгія Пирванова2001 року, демонстративно пішов у відставку і повторно включився в діяльність СДС. Після розколу партії 2004 року залишився лояльним до її лідера Надії Михайлової.