杜润滋，乳名柱儿，又名自生，１９０３年１１月３日出生在陕西省米脂县一个商人家庭。父亲见儿子聪明好学，６岁就送他到私塾读书，后又入县立高小就读。课余时间，他喜欢阅读《水浒传》和《三国演义》，视本县农民起义领袖李自成为英雄。１９２１年春，他以优异成绩考入榆林中学。
炎热的１９２４年夏，杜润滋到了北京，先在陕西旅京学生进步组织“共进社”举办的升学补习班学习，次年夏考入北京大学经济系。在北大，他阅读了《共产党宣言》《资本论浅说》《向导》《中国青年》等大量革命书刊，积极参加党领导的学生运动，一年后加入了中国共产党。随后，他当选为陕西旅京学生联合会负责人和北大党支部书记。他积极发展党员，带领学生参加学运、工运、农运，并在１９２６年的“三一八”惨案中和反动军警进行了英勇的搏斗。
大革命失败后，北京地区的党组织大多被敌人破坏。杜润滋面对白色恐怖，毫无惧色。他以北大学生身份为掩护，继续坚持革命活动。在他先后担任中共北京东城区区委委员、区委书记和北京市委组织部部长期间，他积极恢复和发展党的组织，建立秘密联络点，营救同志，严惩叛徒，巧妙灵活地开展对敌斗争。
１９３０年上半年，在极其艰难的条件下，杜润滋担任了市委组织部长、印刷机关和党内特务队（专门负责惩办叛徒）领导人。他多谋善断，机智灵活。一次，他蹬着三轮车去北京火车站接一个从外地调来北京工作的地下党员。这个同志化装成中医大夫，刚出火车站就被两个叛徒发现，一个叛徒在一旁盯梢，另一个叛徒去向警察报告。杜润滋见叛徒没带武器，也不认识自己，就机警地赶上前去对要接的那位同志说：“表兄，你来啦！我母亲病重，半夜就催我来接你，赶快上车！”他用尽全力蹬着三轮车，飞快地离开前门车站，在几条小胡同里转了一圈，摆脱了盯梢，使那位同志脱离了被捕的危险。
杜润滋对党赤胆忠心，经常通宵达旦地工作。为了及时赶印党的文件和传单，他不辞劳苦地坚持亲自刻写印刷。当时党的活动经费极为困难，杜润滋就把家中和亲友接济的学费交给党组织购买纸张和油墨。后来，北京市党组织遭受了一次严重破坏，杜润滋身份暴露，被敌特追捕。中共北方局为了他的安全，派他去宁夏开展党的工作。
杜润滋到银川后，利用杜立亭（米脂人，杜斌丞的学生）的社会关系，在宁夏中学以教书为掩护，很快团结了一批进步师生，成立了学生自治会，发展了一些党员，揭露反动校长徐宗儒侵吞教育经费、结帮组派、欺压进步师生等罪行，并发动学生把徐宗儒赶出学校，拥护进步教师杜立亭当校长。
徐宗儒不甘心失败，勾结警察局逮捕了１０多名进步学生，妄图以高压手段扑灭学潮。杜润滋挺身而出，抗议警察局的暴行。他组织师生上街游行，发表演讲，散发传单，揭露徐宗儒和警察局镇压学生运动的罪行，迫使宁夏当局不得不下令释放被捕学生，撤销了徐宗儒校长职务，正式任命杜立亭为校长，使学潮终于取得胜利。
为了挽回败局，这年冬，反动当局以“邮局查出嫌疑文件多份”为借口，将杜润滋、杜立亭等人逮捕入狱。在狱中，杜润滋受尽酷刑和威胁利诱，始终坚贞不屈。他严守党的机密，同敌人展开了说理斗争，并向难友宣传革命道理，鼓励他们同敌人斗争到底。他还以特有的机警和监狱看守所长的儿子结交朋友，启发他认清形势，分清敌友，讲清共产党的主张等。通过耐心教育和争取，这位青年思想进步很快，多次劝说父亲改恶从善。在他的大力帮助下，１９３２年１月，杜润滋终以无任何口供获释。
出狱后的杜润滋，同邬逸民一起去兰州寻找党组织。在兰州遇到中共陕西省委派往甘肃作兵运工作的谢子长、焦维炽、张东皎和王儒林等同志，他们根据省委指示精神，研究决定再次在靖远驻军王子元旅发动兵变。
王子元部是在中共支援协助下扩充建立起来的一支地主杂牌军，１０００多人的武装竟有党员近百人，其中连以上军官党员３０余人。５月中旬，时逢王子元旅连长杜鸿范（杜斌丞之子）到兰州领取枪支弹药和军事装备。杜润滋等抓住这一有利时机，对其进行耐心细致的启发教育之后，杜鸿范把领到的５０多支步枪、３支花筒手提机关枪、２万发子弹、１５００套军装及印信全部交给了杜润滋、谢子长。之后，又通过邓宝珊等进步人士关系，筹集了一笔经费，购买了２０多支枪（其中包括２挺机枪）和近万发子弹，秘密成立了一支７０多人的中国工农红军陕甘游击队。为防止意外，５月２５日，杜润滋、杜鸿范带领游击队将枪支弹药运往靖远县，并将部分枪械、军装秘密存放在来家窑洞以作备用。
游击队来到距靖远县９０华里的水泉堡，很快发展到２００余人。经过整编，谢子长任总指挥，焦维炽（尚在兰州）任政委，杜润滋任参谋长，辖３个支队、１个大队。
游击队的发展壮大使敌人大为震惊，王子元部奉命前往“围剿”。杜润滋、谢子长沉着指挥游击队，凭借有利地形打退了敌人多次进攻，当场击毙敌营长周维邦。激烈的战斗一直打到夜晚。为了保存革命力量，游击队主动撤离水泉堡阵地。次日经过白茨林时，应群众要求，打开敌营长周维邦家的粮仓，将粮食分给贫苦农民。
游击队来到海原县的园子河，更名为中国工农红军第三支队。谢子长奉调陕西，杜润滋任第三支队政委兼参谋长，王儒林任司令。部队经过一段时间的休整之后，重回水泉堡活动。在这里，杜润滋、王儒林发动群众开展了轰轰烈烈的土地革命斗争，使游击队发展到了４００余人，新成立了第四支队。
游击队的发展壮大，再次引起敌人的震惊。７月初，敌王子元部王云山营奉命前去“围剿”。敌人凭借精良的装备和人多势众，来势很猛，战斗激烈而又残酷。在外无援兵、内缺弹药的极端困难情况下，游击队坚持战斗到天黑，组成３０多人的敢死队杀出一条血路，冲出了重围。然后兵分两路，一路由王儒林带领少数队员，留守在石门一带发动群众，扩大队伍；一路由杜润滋率领，打算从黄砂湾过黄河到来家窑洞，取出原先存放的武器弹药，补充游击队的装备。不料，存放的武器弹药早被敌人搜走。在转移的过程中，游击队又屡遭敌围追堵截。最后，在万分危急的情况下，杜润滋只好将游击队解散，待机重新集结。
杜润滋化装成商人，历尽艰辛，辗转到西安，参加了陕西省委军委的领导工作。他向省委和党中央写了《陕甘工农游击队第三支队工作之教训》的报告，历述游击队的产生、发展和十二条教训。之后，杜润滋被省委派往上海，参加党中央举办的军事政治人员训练班。受训期间，他刻苦钻研马列著作、军事理论和党的有关文件，认真总结自己入党以来的工作经验和教训。学习期满返陕，任中共陕西省委委员、省委军委书记。
杜润滋热爱军事工作，对新成立的红军和游击队十分重视和关心。他曾多次派干部去陕甘边的红二十六军、渭北游击队和陕北游击队加强领导，指示他们要加强思想建设和组织建设，利用战斗间隙对部队进行训练，提高军事素质。他还协助省委组建中共甘宁青特委、军委，明确指出特委、军委有两大任务：一是加强对兵运工作的领导；二是发展党的组织。
１９３２年冬，红四方面军入陕。杜润滋怀着极为兴奋的心情，主持起草了《陕西省军委为欢迎红四方面军来陕宣言》《为欢迎红四方面军告士兵警察书》《欢迎红四方面军来陕士兵斗争纲领》等重要文件，揭露国民党反动派“围剿”红军、屠杀人民、对日妥协让步的罪行，号召工农群众和国民党士兵参加红军。在省委和省军委的号召领导下，陕南的党组织和广大人民群众纷纷给红四方面军送敌情、作向导、支援粮草、募捐鞋袜、踊跃参加红军。一些地区还建立了红军游击队，积极配合红四方面军打击敌人，发动群众打土豪分田地、建立苏维埃政权，一个新的革命高潮迅速在陕南等地掀起。
１９３３年２月，杜润滋受到王明“左”倾机会主义路线的执行者、省委负责人杜衡等人的排挤与打击，被撤销了省委军委书记和省委委员职务，改任省委巡视员。他顾全大局，以党的事业为重，继续努力为党工作。此时适逢上海中央局派刘瑞龙（化名王大舜）到川北红四方面军工作，路经陕西，省委委托他到陕南帮助陕南特委研究组建红二十九军。杜润滋受命以巡视员身份和刘瑞龙结伴来到汉中。他们先向陕南特委书记孟芳洲传达省委的指示，讨论了建设红二十九军的有关问题。接着，他们一道抵达西乡马儿岩红二十九军军部，进一步同军长陈浅伦、政委李艮讨论了红二十九军的思想、组织建设等项工作。之后，刘瑞龙带领５０余名人员去川北受训，杜润滋留下协助红二十九军开展工作，曾任红二十九军游击支队特支第一大队支部书记、红二十九军主力团第一团政委。他和陈浅伦、李艮等同志一起深入发动群众，开展打土豪分田地、建立苏维埃政权等，并在军队中加强军事训练，清除了一批混进红军的不纯分子，使部队的作战能力大为提高。
随着“肃反”工作的深入进行，混进红二十九军的地主豪绅爪牙、原川陕边区游击队司令部的张正万十分害怕，伺机叛变投敌，后被汉中“绥靖”司令收买。４月１日，中国工农红军第二十九军军政大会即将在马儿岩军部召开。突然，枪声大作，喊杀声四起。张正万带人包围马儿岩红二十九军军部，发动了震惊陕南的马儿岩事变。杜润滋在奋力突围的战斗中不幸中弹牺牲，时年３０岁。
全国解放后，杜润滋被追认为革命烈士。为了缅怀革命先烈的丰功伟绩，１９５３年，西乡社会各界发起了捐资修建革命烈士纪念塔的倡议。当年２月４日破土动工，４月５日竣工落成。西北军政委员会办公厅主任张养吾为纪念塔撰写了塔序，省委书记马明方为纪念塔题词。塔体上镌刻着杜润滋等４０多名红二十九军死难将士的英名。