Из семьи казачьего офицера. Окончил Николаевское кавалерийское училище (1899) и Николаевскую академию Генерального штаба (1908). Участник Русско-японской и Первой мировой войн. С 1916 г. командир 1-го Оренбургского казачьего полка.

В июне 1917 г. на II Общеказачьем съезде избран председателем Совета Всероссийского Союза казачьих войск. Участник Государственного совещания в Москве, заместитель председателя казачьей фракции. 1 октября на чрезвычайном Войсковом Круге Оренбургского казачьего войска избран войсковым атаманом и главой войскового правительства. Утвержден А. Ф. Керенским в чине полковника, в середине октября назначен на должность главноуполномоченного Временного правительства по продовольственному делу в Оренбургской губернии и Тургайской области с полномочиями министра.

26 октября 1917 г. подписал приказ о непризнании на территории Оренбургского казачьего войска власти большевиков и начал создавать вооруженные отряды для борьбы с ними. В ноябре избран членом Учредительного собрания от Оренбургского казачьего войска.

В январе 1918 г. возглавил оборону Оренбурга от красногвардейцев, после поражения отступил с отрядом в Верхнеуральск, затем в Тургайскую степь. 7  июля  1918 г. вернулся в захваченный казаками 3 июля Оренбург.

Признал власть Комитета членов Учредительного собрания (Комуч), назначен его главноуполномоченным на территории Оренбургского казачьего войска, Оренбургской губернии и Тургайской области, произведен в чин генерал-майора (июль 1918). В сентябре 1918 г. участник Государственного совещания в Уфе, председатель казачьей фракции. За взятие Орска произведен в генерал-лейтенанты (сентябрь 1918). С октября 1918 г. командующий Юго-Западной (Отдельной Оренбургской) армией.

Одним из первых признал верховную власть А. В. Колчака, в конце 1918 – начале 1920 г. занимал посты командующего Отдельной Оренбургской армией, войскового атамана Оренбургского казачьего войска и главного начальника Южно-Уральского края. В мае 1919 г. после ряда поражений Оренбургская армия была расформирована, а Дутов назначен походным атаманом всех казачьих войск Российского государства и генерал-инспектором Русской армии. В сентябре 1919 г. вновь возглавил восстановленную Оренбургскую армию, которая под ударами красных отступила в Семиречье, где присоединился к армии атамана Б. В. Анненкова. Назначен генерал-губернатором Семиреченской области.

В мае 1920 г. с отрядами атамана Анненкова перешел в Китай, готовился возобновить борьбу с большевиками. В феврале 1921 г. убит в поселке Суйдун (Шуйдин) агентами ВЧК при попытке похищения.