През 1926 година завършва живопис в Художествената академия в София в класа на проф. Никола Маринов. Две години по-късно завършва скулптура в Римската академия за изящни изкуства при проф. Лупи, в същия клас с Алберто Джакомети и Сретен Стоянович. Продължава образованието си със специализация по пластична анатомия при Анри Мез в Училището за изящни изкуства в Париж през 1929 година.
Творчество до 1944 година
При завръщането си в България се включва активно в художествения живот в страната, като участва в почти всички провеждани изложби и става член на Дружеството на новите художници. Твори живопис от 1926 до 1933 година, но много от картините му – портрети и фигурални композиции – биват унищожени при бомбардировките над София през 1944 г.
След 1933 г., когато за първи път излага свои рисунки по пластична анатомия и пластика, се ориентира основно към скулптурата, в различните ѝ видове и жанрове: малка пластика, монументална пластика, декоративна пластика по екстериора на сградите на Българската народна банка, Софийския университет, ЦУМ, интериора в Съдебната палата и др. Материалите, с които работи, са камък, бронз, керамика, дърво, ковани метали - мед, олово, алуминий. Между 1935 и 1937 г. преподава пластична анатомия в Художествената академия. По-късно е професор по монументална скулптура. В началото, между 1933 и 1944 година, теми в творчеството на Далчев са торсове, портрети на съвременници, както и 55 фигурални композиции за нуждите на Съдебната палата в София и Русе. Далчев създава още фигури за Централните софийски гробища, паметник в Дряново на падналите във войните, монументи за моста „Игото“ в Габрово.
Това е огромен скок по обем и качество за българската скулптура в сравнение със съществуващото преди Далчев. Ако броим изпълнените в материал скулптурни фигури в естествен ръст, създадени от Далчев по това време, и ги сравним с броя на творбите на всички български скулптури от това време, събрани заедно, надали ще бъдат повече. Името на Далчев става известно в Европа. През 1942 г. проф. Мавродинов издава негова монография на немски и български. Многократно бива официално канен за скулптор на град Франкфурт в Германия, но той отказва поради властващия по това време в страната нацизъм.
След 1960 г. творбите му стават по-експресивни и обемни по форма, твори много цикли от скулптури в естествен ръст: поп Богомил – керамика (забранен като формалистичен). Преломен момент е забранената като формалистична скулптура „Бунт“, с която той се отделя значително от каноните на соцреализма. По-късно е изнесена от България. Това довежда до забрана за публикуване на 2 негови монографии, готови за печат.
Характерно за него е използването на комбинации от материали, камък, бронз, алуминий, мед, олово, дърво. Това го определя като автор със силно обособен порив за изява, базиран на българската традиция в резбата и иконографията, и структурен драматизъм.
Автор е на комплекса от композиции в Братската могила в Пловдив, отразяваща историята на Пловдив след Освобождението. Участва в международни Биеналета в Антверпен, Сао Паоло, Монреал, Дели, Милано. Има творби в музеите на Атина, Скопие, Монреал, Санкт Петербург, Москва и редица колекционери в САЩ.
За Варна създава статуя на Коперник – фигура от кована мед (сравнително нова техника) и ценена от поляците като един от най-добрите образи на Коперник. Монументални творби на Далчев от този период се съхраняват в Националната художествена галерия, Софийската градска галерия, Пушкинския музей (Москва), Ермитажа в Санкт Петербург, в художествени галерии в Одеса, Баку и другаде. В София е автор на паметника на свети Климент Охридски, поставен в градинката между Народното събрание и Софийския университет. Изложените негови творби зад Военния клуб „Войниците на Самуила“ са близки по своя драматизъм до „Гражданите на Кале“ от Роден. Изгражда 5-метрова Колона на Семейството с умело вплитане на фигурите на мъж, жена и дете. Прави 5 m висока експресивна скулптура в бронз на лагериста до град Маутхаузен в Австрия.
Създава драматичната група на „Майките-вдовици“ – сега в колекцията на Уго Вутен в Белгия. Участва в международни биеналета в Антверпен, Сао Паоло, Монреал, Дели, Милано. Има творби в музеите на Атина, Скопие, Монреал, Сао Паоло, Санкт Петербург, Москва и редица колекционери в САЩ. Някои от най-видните български скулптори са израснали под неговото влияние и според някои от тях без проф. Любомир Далчев българската пластична култура би била безкрайно бедна, немощна, жалка.
Емиграция в САЩ
През септември 1979 г. проф. Любомир Далчев е във Виена за своя изложба, придружен от съпругата си Ана Далчева (също скулпторка). По повод закриването на изложбата Далчев обявява намерението си да дари на българската държава експозицията си и иска да емигрира със семейството си в САЩ. Въпреки даденото му обещание от българското правителство за 10-годишен паспорт, лично пратено от Мирчо Спасов, такъв документ не му е доставен.
Първите 5 години прекарва в Кливланд, Охайо, Прави паметник на Джанюариъс Макгахан в Лексингтон, смятан за освободител на България от Америка, проект за паметник на Джеси Оуенс, паметник на Свободата и редица други проекти. Две негови изложби с малка скулптура се разпродават за кратко време. Аукционната къща „Кристис“, базирана в Ню-Йорк, му предлага да го представя, но Далчев отказва поради липса на готови произведения. Далчев и съпругата му се местят в Сънивейл, в района на Сан Франциско. Въпреки напредналата си възраст той продължава да твори – прави уникален проект от червено дърво и бронз, увенчаващ входа на Сан Франциско откъм прочутия мост „Голден Гейт“, също редица пластики и живопис, както и многобройна графика.
Пише мемоарите си. Умира на 11 юли 2002 г., месеци преди да навърши стогодишен юбилей. Погребан е в забележителния архитектурен комплекс „Кристалната катедрала“ в Гардън Гроув близо до Дисни ленд и Юнивърсал пикчърс на юг от Лос Анжелис.
Никола Мавродинов. Любомир Далчев. София: Т. Ф. Чипев, 1942, 52 с.
Нора Голешевска. Революция и еволюция във визуалния език на Любомир Далчев. Рефлексии върху скулптурното наследство на автора в гр. Русе. В: Сборник с доклади от международна научна конференция „Революция срещу еволюция или за моделите на развитие“, Русе, 2020, Том 1, ISBN 978-619-7404-15-9
Енциклопедия на изобразителните изкуства България в 3 тома, т. 1 (А-Л), Институт за изкуствознание на БАН, Издателство на Българската академия на науките, София, 1980
Труфешев, Николай. Монументалните изкуства и архитектурата в България. Държавно издателство „Техника“, София, 1968
Труфешев, Николай. Современное монументальное искусство Болгарии. Издателство „София-прес“, София, 1977
Труфешев, Николай. Архитектурно-скулптурният паметник в България. Държавно издателство „Техника“, София, 1981
Съвременно българско монументално изкуство 1956–1986, под редакцията на Христо Стефанов и Максимилиян Киров, Съст. Кристина Стефанова и кол.: Филип Зидаров, Цветана Филипова, Сашка Венева, Кремена Попова, Лиляна Българова. Комитет за Култура, ДО „Изобразително изкуство“, Държавно издателство „Д-р Петър Берон“, София, 1986 г.