Dakota debutó como actriz en el filme de Columbia Pictures 'Locos en Alabama' (Crazy in Alabama), en la que compartía cartel con su madre, Melanie Griffith. La película estaba dirigida por Antonio Banderas y escrita por Mark Childress. Johnson también ha tenido el honor de ser coronada «Miss Globo de Oro» en la gala de dichos premios de 2006.

Tras su aclamada interpretación en el largometraje de David Fincher y Aaron Sorkin 'La red social' (The Social Network), Johnson trabajó en comedias como 'Eternamente comprometidos' (The Five Year Engagement), junto a Jason Segel y Emily Blunt, e 'Infiltrados en clase' (21 Jump Street), con Jonah Hill y Channing Tatum. También ha trabajado en dos películas que se han presentado en el Festival de Cine de Sundance: Goats, con Vera Farmiga, David Duchovny y Minnie Driver en los papeles protagonistas, y For Ellen, con Paul Dano. Para la televisión, Johnson ha protagonizado con Nat Faxon la telecomedia de la FOX «Ben and Kate».

Johnson es una de las estrellas más prometedoras de Hollywood, elegida para el papel protagonista de Anastasia Steele en la adaptación al cine de la novela de E. L. James Cincuenta sombras de Grey. También participó en el rodaje del drama de Shakespeare Cymbeline, dirigido por Michael Almereyda y coprotagonizado por Ethan Hawke, Anton Yelchin y Milla Jovovich.