Elle est la fille non cachée de Don Johnson et Melanie Griffith. Grâce à sa mère à qui elle donne la réplique en 1999 dans La Tête dans le carton à chapeaux d'Antonio Banderas, Dakota découvre le cinéma. Pourtant, à 17 ans, elle se tourne vers la mannequinat et signe dans une agence. Elle devient en 2009 l'égérie de la marque Mango.
L'été de cette même année, elle renoue avec le cinéma, aux cotés de Vanessa Hudgens et Mary-Kate Olsen, dans Sortilège de Daniel Barnz puis dans le succès de David Fincher, The Social Network.
Le 2 Septembre 2013, elle a été choisie pour incarner Anastasia Steele, dans l'adaptation du livre d'E.L James : 50 nuances de Grey. Le film sortira sur les écrans en 2014.
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