Во время оккупации Литвы был узником каунасского гетто и членом антифашистского подполья. В 1944 году воевал в партизанском отряде «Смерть оккупантам» в лесах около Вильнюса.
В 1945 году нелегально иммигрировал в Палестину. В 1946—1947 годах учился в Еврейском университете в Иерусалиме. Участвовал в войне за независимость Израиля, служил в разведке.
После войны продолжил образование. Принимал участие в Синайской кампании 1956 года и в Шестидневной войне. Защитил докторскую диссертацию в 1971 году. В 1973 году воевал в войне Судного дня.
В знак протеста против преследования прокуратурой Литвы бывшего партизана Ицхака Арада в 2008 году Дов Левин вернул президенту Литвы Валдасу Адамкусу полученную от предыдущего президента в 1993 году награду за героизм, проявленный в борьбе с нацистами. Левин заявил, что «это минимум из того, что я могу сделать для своего друга».
С 1954 по 1958 годы Дов Левин работал научным сотрудником кафедры социологии Еврейского университета. С 1958 года начал работать интервьюером в отделе устной истории Института современного еврейства. В дальнейшем занимал должность старшего научного сотрудника Института современного еврейства, как директор проекта «Евреи на территориях, аннексированных Советским Союзом во Второй мировой войне». С 1988 года профессор Дов Левин работает руководителем отдела устной истории Института современного еврейства Еврейского университета в Иерусалиме.
Был награждён премией имени Ицхака Саде по военной истории за работу по исследованию вооружённой борьбы литовских евреев во время Второй мировой войны.
Дов Левин написал более 500 научных публикаций. Наиболее значительная из них это Pinkas Ha Kehillot Lita — 700-страничная энциклопедия довоенного еврейского населения Литвы с более чем 500 отдельных статей — по каждому штетлу. Широкую известность получили также книги «Fighting Back — Lithuanian Jewry’s Armed Resistance to the Nazis» (1997) и «The Lesser of Two Evils — Eastern European Jewry under Soviet Rule 1939—1941» (1995).
Публиковался в ряде научных журналов, включая The Holocaust and Genocide Studies, East European Jewish Affairs, Yad Vashem Studies, Journal of Baltic Studies и других.