학교법인일송학원의 설립자 윤덕선의 맏이로 태어났다. 가톨릭 의과대학 수련 과정 동안 국내 최초로 신장이식 수술을 성공시킨 이용각 교수 등 당대 최고의 스승들에게 집중적인 밀착 교육을 받은 윤대원은 외과 의사로서 타고난 술기를 발휘한다.

미국 컬럼비아대학 외과학교실에서 장기이식과 첨단의학을 섭렵하고 돌아와 강남성심병원, 한강섬심병원 외과를 이끌며 1987년 국내 최초로 췌장이식 수술에 성공함으로써 당뇨병 치료의 새로운 가능성을 제시하여 의학계와 언론의 주목을 받았다.

한강성심병원장과 한림대학교의료원장을 거치며 의술 보급에 매진하고 경영철학을 다지던 1989년 학교법인일송학원 이사장에 취임하여 한림대학교의료원, 복지관, 한림대학교, 한림성심대학교, 한림국제대학원대학교를 이끌었다. 이때 닥친 병마는 20여 년간 그를 괴롭히며 몇 차례 죽음의 고비를 가져온다. 더욱이 일생의 스승이자 버팀목이던 선친마저 작고하고, 이후 IMF라는 초유의 악재까지 덮쳤음에도 한림대학교성심병원에 이어 동탄성심병원의 성공적 개원을 이끌어냄으로써 ‘사경에서 탈출한 불사조’라고 불렸다. 이로써 학교법인일송학원 산하 한림대학교의료원은 5개 대학병원(한림대학교성심병원, 한림대학교한강성심병원, 한림대학교춘천성심병원, 한림대학교강남성심병원, 한림대학교동탄성심병원)을 갖춘 대규모 기관으로 성장했다.

생명과 자연에 대한 애정이 남달랐던 그는 의료사회복지 확대에도 특히 집중했다. 성심자선병원 시절 영세민 무료진료를 시작으로 1991년부터 한국노인보건 의료센터, 성심복지관(현 신림종합사회복지관), 안양복지관 등을 설립 및 개관했다. 또 영등포노인종합복지관, 화성시 나래울종합사회복지관, 동탄노인복지관 등을 20년 이상 위탁운영해왔다.

또한 선대의 뜻을 이어 한림대학교한강성심병원을 국내 화상 치료의 메카로 만들었다. “생지옥 같은 화상 치료를 누군가는 해야 한다. 아무도 안 하니까, 우리라도 계속해야 한다”면서 적자를 무릅쓰고 꾸준히 투자와 관심을 쏟았다. 화상환자 사회복지를 위한 한림화상재단을 설립했고, 화상병원학교를 만들어 치료비 후원은 물론, 소아 환자들이 학업을 이어갈 수 있도록 했다.

윤대원은 인류의 행복과 인간애를 최우선 가치로 삼는 한편 ‘시대의 강력한 응전자’로서 행동할 것을 독려했다. 미래 비전으로 ‘마이티 한림Mighty Hallym’을 선포하고 최고의 진료, 연구, 교육기관으로의 입지를 다지기 위한 세부 프로젝트를 가동했다. 세계화 시대를 선도하고 혁신하기 위해 미국 컬럼비아의과대학, 코넬의과대학, 뉴욕프레스비테리언병원, 조지워싱턴의과대학, UCLA, 일본 나가사키대학, 이탈리아 파도바대학, 스웨덴 웁살라대학교 등과 긴밀한 의료학술 파트너십을 실현했다. 현재 학교법인일송학원은 각종 의료 예측모델을 개발하고 인공지능과 가상현실을 이용한 미래 의료기술을 선도하고 있다.

윤대원은 2020년 스웨덴 웁살라대학교로부터 아시아 최초로 ‘린네 골드메달’을 수상했다. 스웨덴과 학술교류의 물꼬를 트고 양국의 의학 발전과 국제교류의 가교 역할을 했음을 인정받은 수상이었다. 일생 동안 대한민국 의료 발전에 기여하고 정직과 인간애를 기반으로 사회복지와 의술 보급에 힘썼던 윤대원은 2024년 6월 25일 영면했다.

대한민국은 국가 교육 발전에 기여한 공로를 기려 국민훈장 무궁화장을 추서했다.