Дакота Фаннинг родилась в спортивной семье — отец Стив Фэннинг, (р. 1967) — бывший бейсболист команды Сент-Луис Кардиналс, в настоящее время работает продавцом электроники; мать Джой Фэннинг (р. 1967), в девичестве Эррингтон, — бывшая профессиональная теннисистка. Её дедушка по материнской линии Рик Эррингтон () — бывший квотербек команды Филадельфия Иглз, а тётя Джилл Эррингтон () — бывший репортёр ESPN. У Дакоты есть младшая сестра Эль Фэннинг, также актриса. Имеет немецкие и ирландские корни. Фэннинг с семьёй является баптисткой. Посещает Campbell Hall School в Северном Голливуде, Лос-Анджелес и является членом группы поддержки школьной команды.
Дакота научилась читать в 2 года. Актёрские способности проявились с ранних лет. Когда у четырёхлетней Дакоты появилась сестра Эль, то она стала засовывать подушку под платье, изображая беременность, а новорожденного ребёнка играла её сестра. Дакота стала посещать театральную студию, расположенную недалеко от её дома. Там дети каждую неделю ставили пьесы, и сотрудники театра, заметив, насколько Дакота выделялась, посоветовали родителям нанять для неё агента. Семья в 1999 по совету агента поехала на 6 недель в Лос-Анджелес, запланировав вернуться обратно в Джорджию. Но агент нашёл Дакоте первую работу в рекламе порошка «Tide», и семья обратно так и не вернулась.
Первой заметной актёрской работой стала гостевая роль в одном эпизоде драматического сериала «Скорая помощь», где она сыграла одну из своих любимых ролей — больную лейкемией жертву автоаварии. После были гостевые роли в других известных телесериалах, среди которых «C.S.I.: Место преступления», «Практика», «Спин Сити», а также играла главных героинь в детстве в сериалах «Элли МакБил» и «Шоу Эллен».
В 2001 году сыграла две малозаметные роли в фильмах «Папино Рождество» и «Мартовские коты», и дебютировала в большом кино в фильме «Я — Сэм» с Шоном Пенном в главной роли, где она сыграла дочь умственно отсталого главного героя, за опеку над которой он борется. За эту роль семилетняя Дакота была выдвинута на соискание премии Гильдии киноактёров и стала самой юной номинанткой за всю историю данной награды. Также она получила награду как «Лучшая молодая актриса» от «Ассоциации кинокритиков вещательных компаний» (Broadcast Film Critics Association).
В 2002 Стивен Спилберг выбрал Дакоту на главную детскую роль в научно-фантастическом минисериале «Похищенные». К этому времени она уже успела получить несколько положительных отзывов от критиков, в частности от Тома Шэйлза из «The Washington Post». В этом же году Фэннинг появилась в трёх фильмах: в роли жертвы похищения в «24 часа», играя персонаж Риз Уизерспун в детстве в «Стильной штучке» и в роли Кэти в фильме «Гензель и Гретель». А в 2003-м отличилась исполняя роли очень взрослого ребёнка со взбалмошной няней Бриттани Мёрфи в «Городских девчонках» и Салли в комедии «Кот». Также в этот период была занята в озвучке англоязычной диснеевской версии 2005 года японского мультфильма «Мой сосед Тоторо», а также по одному эпизоду в сериалах «Гриффины» и «Лига Справедливости».
В 2004 появляется в фильме «Гнев», где она играет роль девятилетней девочки Питы, которую похитила мексиканская банда, в то время как её должен был защищать наёмный телохранитель Дензел Вашингтон. «Игра в прятки» был первым фильмом, вышедшем в 2005, где Дакота сыграла с Робертом Де Ниро. Также в этом году она озвучила Лило (после Дэйви Чейз) в вышедшем на видео мультфильме «Лило и Стич 2: Большая проблема Стича». Дакота снялась в небольшой роли в фильме Родриго Гарсиа «Девять жизней», где у неё была непрерывная девятиминутная сцена с актрисой Гленн Клоуз, которая позже восторженно отозвалась о Дакоте. И в это же время Фэннинг озвучила свой персонаж для будущего мультфильма «Коралина в Стране Кошмаров».
В конце октября 2004 Дакота завершила съемки в «Мечтателе» с Куртом Расселом в главной роли. После чего Рассел, игравший отца персонажа Дакоты, сказал, что она была его лучшей партнёршей за всю его карьеру. Затем была роль в фильме «Война миров» совместно с Томом Крузом, и сразу без перерыва Дакота поехала на съёмки «Паутины Шарлотты», закончив сниматься в мае 2005 в Австралии.
Летом 2006 Фэннинг была занята на съёмках фильма «Затравленная», а после выхода фильма подверглась критике за сцену изнасилования её персонажа, на что Дакота ответила «Рейтер», что «Это не случилось по-настоящему. Это кино. Это называется актёрское мастерство.».
В 2006 в возрасте 12 лет Дакота Фэннинг была приглашена присоединиться к Академии кинематографических искусств и наук, став самым молодым членом академии за всю историю. Заработав в 2006 $4 миллиона, она попала на 4-е место в списке «Forbes» топ-звёзд в возрасте до 21-го года.
В марте и апреле 2007 снималась в фильме «Полет длиною в жизнь» с такими звёздами первой величины как Кейт Бекинсэйл, Гай Пирс, а также с оскароносными Форестом Уитакером и Дженнифер Хадсон. Она сыграла Энн Хэген, девушку, ставшую свидетелем в убийстве отца и впоследствии обратившуюся к религии. А в июле 2007 в течение трёх дней снималась в короткометражном фильме Кейт Хадсон «Cutlass». С сентября по декабрь 2007 Дакота работает над съёмками научно-фантастического фильма «Пятое измерение» о группе экстрасенсов, которым при рождении были даны различные способности и которые пытаются разрушить планы зловещей корпорации.
В январе 2008 начала съёмки в адаптации одноимённой новеллы Сью Монк Кидд «Тайная жизнь пчел». Снялась в 2009—2010 гг. в небольшой роли вампира Джейн во второй и третьей частях «Сумеречной саги» («Новолуние» и «Затмение» соответственно), а также повторит свою роль в продолжении «Рассвет», снятых по произведениям Стефани Майер.
В 2010 вышел фильм «The Runaways» с участием Дакоты, Кристен Стюарт, Стеллы Маив и Скаут Тэйлор-Комптон, где Фэннинг играет Шери Кэрри, вокалистку группы The Runaways.
С декабря 2010 года актриса снимается в двух последних фильмах «Сумеречной саги».
Также велись переговоры о её участии в новом фильме, экранизации романа Гейла Формена «If I Stay» («Если я останусь»). Фильм должен быть снят кинокомпанией Summit Entertainment под руководством бразильского режиссера Хейтора Дхалия, хотя первоначально этим должна была заняться Кэтрин Хардвик. Дакота должна была сыграть девушку Мию, которая обожает классическую музыку и у нее есть парень — звезда рока. Мия не может выбрать между музыкой и любовью, но ей приходиться столкнуться с трудным выбором между жизнью и смертью. Однако Дакота покинула проект из-за желания без больших нагрузок закончить школу весной 2011 года.
В феврале 2011 года появилась информация, что Дакота снимется сразу в трёх фильмах: «Girls' Night Out» — фильм Майкла Хоффмана, где Дакота сыграет сестру королевы принцессу Маргарет в подростковом возрасте, которой вместе с сестрой разрешают покинуть Букингемский дворец на одну ночь, чтобы присоединиться к народному празднованию победы во Второй мировой войне.. «The Motel Life» — фильм снятый по одноименному роману. В этом фильме Дакота сыграет вместе со Стивеном Дорфом, который играл отца героини сестры актрисы Эль в фильме «Где-то», и Эмилем Хиршем. «Mississippi Wild» — инди-триллер, в котором актрисе предстоит сыграть девушку главного героя, которые убегают от гангстеров, после кражи бриллиантов. Также Дакота пришла на смену Сирше Ронан, в биографическом фильме «Эффи», где актрисе предстоит сыграть Эффи Грей, жену критика, архитектора, поэта и художника Джона Рёскина. Сюжет фильма крутится вокруг знаменитого викторианского любовного треугольника Эффи — Рёскин — Милле. Премьера состоится в 2012 году, режиссером выступит Ричард Лэкстон, сценаристом — Эмма Томпсон.
В декабре 2010 года стало известно, что Фэннинг подписала профессиональный модельный контракт с агентством IMG Models, с которым сотрудничают такие известные модели как Жизель Бюндхен, Кейт Мосс, Наоми Кэмпбелл. По сообщениям, Дакота будет работать с компаниями Special Bookings и продолжит карьеру модели под именем Dakota F..
В 2007 году Дакота представляла одежду из весенне-летней коллекции Марка Джейкобса, а в марте 2011 года она возглавила рекламную кампанию нового парфюма Marc Jacobs, получившего название Oh Lola.