1976年、週刊少年チャンピオン誌上「ブラック・ジャック」内広告で公募されたアシスタント募集の採用要件として手塚プロダクションに投稿したマンガが手塚治虫の目に止まり、手塚治虫に師事。手塚プロダクション・漫画部スタッフとして働く。 1977年、「大地よ、蒼くなれ」が第13回手塚賞佳作に入選。同年、『週刊少年ジャンプ増刊号』にて一話読み切りの『コブラ』でデビューし、『週刊少年ジャンプ』本誌にて連載開始。 1985年、『黒騎士バット』の執筆（彩色）にPC-9801を導入。パソコンを取り入れた漫画家の先駆けとなる。 1987年、寺沢プロダクションを設立し、代表取締役に就任。 1990年、ジャニーズ事務所所属のアイドルグループ「忍者」のデビューシングル用のコスチュームをデザインする。 1995年、ベルギー・デュルブイ市名誉市民章を受ける。 1998年、人間ドックにより悪性脳腫瘍を発見。以後、治療・リハビリを繰り返した。 2008年、同年1月に、26年ぶりとなるTV版およびOVA版『コブラ』のアニメ製作が決定。OVA版では脚本・絵コンテ・監督を自ら担当。 2019年8月、『ARTWORKS OF COBRA』（玄光社）刊行。11月19日、新創刊のWEBコミック誌「COMIC Hu」でコブラの新作『COBRA　OVER THE RAINBOW』の連載が開始される。 2023年9月、68歳で死去。