Jermaine Påsk nickade Rovers framför Lee Browns kors innan Ollie Clarke fördubblade ledningen med en låg höger fot skott.
Jon Meades huvud gav Wimbledon hopp men Matt Taylors 12-yards slut, hans 19:e för säsongen, förseglade segern.
Wimbledon, som är sjunde år, lät skicka iväg Adebayo Akinfenwa som ersättare för oliktänkande.
Femte plats Rovers är sex poäng från en automatisk reklamplats med 11 matcher kvar.
AFC Wimbledon manager Neal Ardley berättade för BBC Radio London:
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
"När du bedömer det efteråt är det inte bara de poäng du inte har fått, det är skador och nu avstängningar."
"Så långt som själva spelet går, tyckte jag att vi var riktigt bra. De var hänsynslösa med sina chanser, vi gjorde några fåniga försvarsfel vid vissa tillfällen och de straffade oss."
"Jag kan inte be om mer. Jag trodde i andra halvan speciellt vi körde över dem. "
Bristol Rovers stärkte sina befordran hopp med seger över AFC Wimbledon, deras tredje i rad.