Darja Dmitrijewa wuchs mit einem jüngeren Bruder in einer sportlichen Familie auf; ihr Vater war Eishockeyspieler. Mit sieben Jahren begann sie das Handballspielen in ihrer Geburtsstadt beim GK Lada Toljatti. Als ihre damalige Jugendtrainerin im Jahre 2009 Toljatti verließ, wechselte sie nach Wolgograd.[2] Hier lief die Rückraumspielerin für GK Dynamo Wolgograd auf, bei dem sie später in der höchsten russischen Liga eingesetzt wurde. Mit GK Dynamo Wolgograd gewann sie 2013 und 2014 die russische Meisterschaft und stand in der Saison 2014/15 im Final Four der EHF Champions League. Im Sommer 2015 ging Dmitrijewa zum GK Lada Toljatti zurück.[3] Vier Spielzeiten später schloss sie sich dem russischen Erstligisten PGK ZSKA Moskau an.[4] Im August 2019 zog sich Dmitrijewa in einem Trainingsspiel ein Achillessehnenriss zu.[5] Erst zur Saison 2020/21 kehrte sie wieder in den Kader von ZSKA zurück. Mit ZSKA gewann sie 2021 die russische Meisterschaft. Zwischen August und Dezember 2021 pausierte sie.[6][7] In der Saison 2022/23 lief Dmitrijewa auf Leihbasis für den slowenischen Erstligisten RK Krim auf, mit dem sie sowohl die slowenische Meisterschaft als auch den slowenischen Pokal gewann.[8] Kurz nach Ende der slowenischen Meisterschaft wurde der Leihvertrag Ende Mai 2023 beendet und Dmitrijewa wirkte für ZSKA im Finale um die russische Meisterschaft mit, die der Verein gewann.[9][10] Anschließend wechselte sie fest zu RK Krim.[11] Seit dem Sommer 2024 läuft sie für den ungarischen Erstligisten Ferencváros Budapest auf.[12]
Dmitrijewa nahm im Jahr 2014 bei der Europameisterschaft 2014 erstmals mit der russischen Nationalmannschaft an einem Großturnier teil.[21] Mit der russischen Auswahl schied sie nach der Gruppenphase aus. Auch im Folgejahr gehörte sie bei der Weltmeisterschaft dem russischen Aufgebot an, dass das Turnier auf dem fünften Platz abschloss.[22] Ihren ersten großen internationalen Erfolg im Erwachsenenbereich gelang im Jahr 2016, als sie mit Russland die Goldmedaille bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro errang. Dmitrijewa erzielte 28 Tore, gab 16 Torvorlagen und wurde in das All-Star-Team gewählt.[23][24]
