Rodil se je leta 1925 v učiteljski družini v Velenju. Študij gozdarstva je končal na Univerzi v Zagrebu, doktoriral pa na Zvezni tehniški visoki šoli (ETH) v Zürichu. Najprej je služboval na Ministrstvu za gozdarstvo v Sloveniji, pozneje je desetletje vodil operativno gozdarsko delo. Že v praksi se je usmerjal v raziskovanje, se zavzemal za sonaravno gospodarjenje z gozdovi in stkal močne vezi s tujino. Na slovenjgraškem območju je razvil izvirno metodo postopne preobrazbe zasmrečenih in degradiranih gozdov.

Po zaposlitvi na Biotehniški fakulteti leta 1960 je kot odličen predavatelj generacije študentov navduševal za sonaravno gospodarjenje z gozdovi. Na Univerzi je opravljal številne vodstvene funkcije, med drugim kot vodja Katedre za gojenje gozdov, predstojnik Oddelka za gozdarstvo, prodekan in dekan Biotehniške fakultete. Na podlagi najnovejših raziskovalnih metod iz Srednje Evrope je zastavil sistematično raziskovalno delo, ki se je napajalo iz temeljnih raziskav pragozdov in hkrati odgovarjalo na aktualne probleme gozdarske prakse. Njegov raziskovalni opus obsega več kot dvesto del in več knjig. Za raziskovalno delo je navdušil številne praktike ter spodbujal različne oblike mreženja znanja.

Odmevno je njegovo mednarodno delovanje. V sklopu Svetovne zveze gozdarskih raziskovalnih organizacij (IUFRO) je že leta 1971 prevzel vodenje divizije za gojenje gozdov in leta 1982 postal predsednik celotne organizacije IUFRO. Leta 1986 je pod njegovim vodstvom v Ljubljani potekal svetovni kongres zveze IUFRO, ki še vedno odmeva v mednarodnih krogih. Predsednik zveze IUFRO, prof. John Parrotta, je v sožalnem pismu zapisal: "Prof. Mlinšek je v zvezi IUFRO in svetovni gozdarski znanstveni skupnosti dolga leta deloval z odličnostjo, zavzetostjo in navdušenjem."

Leta 1989 je s povezovanjem zagovornikov negolosečnega gospodarjenja z gozdovi in ustanovitvijo evropskega združenja Pro Silva v Robanovem Kotu dosegel nov uspeh na mednarodni ravni. Predsednik zveze Pro Silva, dr. Eckart Senitza, je v izrazu sožalja povzel "Številni člani Pro Silve so ponotranjili motiviranost, pozitivnega duha in celostno razumevanje narave profesorja Mlinška kot ključ do lastnega dela. Zaklad, ki se nikoli ne izgubi."

Prof. Dušan Mlinšek je za svoje delo prejel številne nagrade in mednarodna priznanja, med drugim nagrado sklada Borisa Kidriča za raziskovalno delo (1966), red dela z zlatim vencem (1980), Jesenkovo priznanje (1989), priznanji ProSilva Europe in zveze IUFRO ter naziva ambasador znanosti RS (1991) in zaslužni profesor Univerze v Ljubljani (1992). Bil je dopisni član Akademije gozdarskih znanosti v Firencah, leta 1997 je prejel častni doktorat Univerze v Oslu, leta 2007 pa je postal častni občan Mestne občine Velenje.

Prof. Mlinšek je kot eden glavnih pobudnikov ekološkega gojenja gozdov značilno prispeval k razvoju gozdarske in naravovarstvene stroke. S sinergijo redkega pedagoškega daru, znanja in vztrajnosti je uspel teoretična izhodišča preliti v gozdarsko prakso. Veliko je prispeval k mednarodnem ugledu Slovenije in slovenskega gozdarstva. Evropski gozdarji se ga spominjajo po izvirnih predavanjih in ekskurzijah, s katerimi je izkušnje slovenske sonaravne poti prenesel v okolja, ki so gozdu manj naklonjena. V svetovnem merilu je prispeval k uveljavitvi gozdarskih znanosti, k širjenju sonaravnega gozdarstva in prenosu načela trajnosti iz gozdarstva v druge stroke.

Oddelek za gozdarstvo in obnovljive gozdne vire Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, Zavod za gozdove Slovenije, Pro Silva Slovenija