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 (англ.) — бывший квотербек команды Филадельфия Иглз, а тётя Джилл Эррингтон (англ.) — 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 театр, расположенный 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 «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 сыграла две малозаметные роли в фильмах «Father Xmas» 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 «Ассоциациии 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 положитальных 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 диснеевской английской версии 2005 года «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 в небольшой роли вампира Джейн во второй части «Сумеречной саги» «Сумерки. Сага. Новолуние», а также повторит свою роль в 2010 в продолжении «Сумерки. Сага. Затмение», 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 Чери Кари (англ.), лидера группы вокалистку The Runaways.