Dakota Fanning nasce a Conyers, in Georgia, il 23 febbraio 1994. Appassionata di recitazione fin da quando era bambina, inscena spesso spettacoli alla playhouse dov'è iscritta. I suoi genitori, vista la particolare attitudine e i consigli degli amici, decidono di far intraprendere alla figlia la carriera di attrice. I Fanning quindi passano sei settimane a Los Angeles, dove Dakota viene scelta tra tantissimi bambini per lavorare nello spot pubblicitario di una celebre marca di detersivo. Considerato che la carriera della bambina inizia a procedere bene, i Fanning decidono quindi di trasferirsi definitivamente vicino Hollywood, e dopo il trasloco Dakota viene scritturata per partecipare a un episodio della prima serie di C.S.I, Blood Drops, ma è con il film "Mi chiamo Sam" che la bambina si impone all'attenzione del pubblico e della critica.

Dopo il film con Sean Penn e Michelle Pfeiffer, che le valse anche una nomination agli Screen Actors Guild Awards, Dakota ottiene un ruolo nel thriller "24 ore", quindi recita nei panni di una giovanissima Reese Witherspoon in "Tutta colpa dell'amore" e come Katie nel film "Hansel & Gretel". Nel 2002 arriva forse il ruolo più impegnativo della sua carriera, quello di una bambina nata dall'incrocio con alieni nella serie televisiva "Taken" prodotta da Steven Spielberg. Nel 2004 recita accanto a Denzel Washington nel thriller "Man on Fire - Il fuoco della vendetta", quindi in "Nascosto nel buio" accanto a Robert De Niro. Ottiene anche una parte nel film "9 vite da donna" di Rodrigo García.

Dakota Fanning interpreta la protagonista nel film "Dreamer - La strada per la vittoria" (film ispirato a una storia vera) dopo il quale arriva il ruolo di Rachel Ferrier ne "La guerra dei mondi" ancora con Steven Spielberg. Da settembre a dicembre del 2007 gira "Push", un film che parla di persone con poteri paranormali ambientato ad Hong Kong. Nello stesso anno la rivista Forbes la inserisce al 14º posto delle star under 25 meglio pagate, con un guadagno di 4 milioni di dollari.

A inizio 2009 la giovane attrice prende parte al film "New Moon", secondo capitolo della saga di "Twilight", nel ruolo del vampiro Jane. La Fanning interpreta lo stesso ruolo anche l'anno successivo nel terzo capitolo, "Eclipse", e prenderà parte anche ai successivi capitoli della saga sempre nei panni del vampiro Jane.

Nell'estate del 2009 Dakota Fanning interpreta Cherie Currie nel film "The Runaways", che narra la storia dell'omonimo gruppo rock composto esclusivamente da membri di sesso femminile, recitando nuovamente al fianco di Kristen Stewart (con cui ha girato anche "New Moon" e "Eclipse"). Nel 2010 inizia a girare la prima parte del capitolo finale della saga di "Twilight", "The Twilight Saga: Breaking Dawn - Parte 1", uscito il 16 novembre 2011. L'anno successivo, il 14 novembre, è uscita la seconda parte del film.

Nel 2013 è protagonista del film "Night Moves", presentato alla 70ª Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia, accanto a Jesse Eisenberg. Nel 2014 è al cinema con il film "Very Good Girls". La pellicola è stata presentata al Sundance Film Festival nel gennaio 2013, e narra le vicende di due amiche che mettono a dura prova la loro amicizia quando entrambe iniziano a frequentare lo stesso uomo. Nel 2014 è nel cast del thriller psicologico "Every Secret Thing", accanto a Elizabeth Banks e Diane Lane. Inoltre è protagonista del film "Effie Gray - Storia di uno scandalo" diretto da Richard Laxton e scritto da Emma Thompson. La pellicola narra la storia del misterioso matrimonio tra la giovane Effie Gray e il critico d'arte John Ruskin, dopo essersi sposata a 19 anni Effie si rende conto che il suo matrimonio è una farsa e al raggiungimento della maggiore età cercherà di lasciare, facendo di lei una delle prime donne nella storia a chiedere il divorzio dal marito. Il film è uscito nelle sale inglesi nell'ottobre 2014 mentre negli Stati Uniti ed in Italia nel 2015. Nello stesso anno è protagonista del film "Franny" accanto a Richard Gere e Theo James.