В декабре 2008 года получила звание мастера спорта России (МСМК). В апреле 2011 стала заслуженным мастером спорта. После успешного выступления на XXX Олимпийских играх была удостоена ордена первой степени «За заслуги перед Отечеством».

Дмитриева выигрывала чемпионат Европы среди юниоров, становилась победительницей «Кубка Дерюгиной» и международного турнира «Дети Азии».

Родилась Дарья в Иркутске. В 8 лет начала заниматься художественной гимнастикой в «Юном динамовце». Первый тренер – Ольга Буянова, являющаяся заслуженным тренером СССР.

В 2008 году Дарья вместе с Александрой Соловьевой и Евгенией Канаевой победила в клубном Кубке мира. Их команда «Газпром» выступила значительно сильнее азербайджанского «Нефтчи» и украинской «Школы Дерюгиной». В личном первенстве Дмитриева не имела себе равных.

Дебют во взрослых турнирах также удался Дмитриевой. В 2009 году она завоевала три медали на чемпионате России в Пензе. Дарья заняла первое место на пьедестале в выступлениях с обручем, взяв серебряную медаль в упражнении с лентой и бронзовую – с мячом.

На чемпионате мира, состоявшемся в японском городе Исэ, Дмитриева вместе со своими более титулованными соотечественницами в лице Ольги Капрановой, Дарьи Кондаковой и чемпионки пекинской Олимпиады Евгении Канаевой завоевала золотые медали в командном зачете.

В 2011 году Дмитриева приняла участие в универсиаде, проходившей в китайском городе Шэньчжэнь. Там она завоевала золотую медаль в упражнении с лентой, добавив к ней серебряные медали в многоборье и упражнении с мячом.

На чемпионате Европы в Минске Дарья завоевала «бронзу» в упражнении с мячом, добавив к ней «золото» в командном зачете.

В 2012 году, перед самым стартом Олимпиады в Лондоне, Дарья Дмитриева попала в состав сборной России. Ранее планировалось, что в состав сборной по художественной гимнастике войдет Александра Меркулова. Однако небольшая травма помешала Меркуловой поехать на Олимпиаду, и по итогам контрольных тренировок было принято решение, что ее заменит Дмитриева.

Дарья выступила очень хорошо, заняв второе место в индивидуальном первенстве

В августе 2015 года Дарья вышла замуж за хоккеиста Александра Радулова. 11 ноября 2015 года у пары родился сын.