Biografia Nata a Roma da Arnaldo D'Amico, docente di ingegneria elettronica, e Maria Francesca Aronica, titolare di uno studio fisioterapico; la famiglia della madre è per metà francese, il che favorisce D'Amico nel doppiare spesso personaggi che si trovano a parlare in quella lingua. Esordì come attrice nel 1986, all'età di quattro anni, recitando insieme a Ferruccio Amendola nella pubblicità di una marca di detersivo; il debutto nel mondo del doppiaggio avvenne quattro anni dopo, quando venne chiamata per dare voce a due personaggi del film La voce della Luna, diretto da Federico Fellini, il quale durante la lavorazione ritrasse anche la bambina in alcuni suoi disegni.
In qualità di doppiatrice, Domitilla D'Amico è la voce italiana ricorrente di Scarlett Johansson, Kirsten Dunst, Margot Robbie, Emma Stone, Eva Green, Léa Seydoux, Raven-Symoné e Lea Michele. Ha prestato la sua voce in alcune significative interpretazioni a Emily Blunt, Anne Hathaway, Emmy Rossum, Jena Malone, Anna Paquin, Mandy Moore, Mila Kunis, Zoe Kazan. Nel film Sybil (2007), tratto da un caso clinico di disordine da personalità multipla, doppia Tammy Blanchard nel ruolo di Sybil Dorsette, interpretata in sette modi diversi. È inoltre doppiatrice di Neytiri (Zoe Saldana) in Avatar di James Cameron, il film con più incassi nella storia del cinema e uno dei più popolari di sempre.
Per quanto riguarda l'animazione, ha doppiato Daphne Blake nella serie animata di Scooby-Doo, nonché nei film in cui il personaggio è stato interpretato da Sarah Michelle Gellar, e ha lavorato a La gabbianella e il gatto, Chicken Little - Amici per le penne, Arthur e il popolo dei Minimei, Ratatouille. Inoltre ha dato la voce a Tiana, una delle Principesse Disney, nel film del 2009 La principessa e il ranocchio. Tra i personaggi delle serie anime da lei doppiati figurano Haruhi Suzumiya in La malinconia di Haruhi Suzumiya, Urumi Kanzaki in GTO, Yukari in Paradise Kiss, Noi-chan in Perfect Girl Evolution, Kiki e Ursula nell'edizione italiana del 2002 di Kiki - Consegne a domicilio, Lettie in Il castello errante di Howl di Hayao Miyazaki, Kallen Kozuki in Code Geass: Lelouch of the Rebellion; ha inoltre preso parte al doppiaggio di due differenti edizioni di Neon Genesis Evangelion e a Le situazioni di Lui & Lei, in cui recita apparendo in prima persona nelle anticipazioni degli episodi al fianco di Francesca Manicone. Sotto la direzione di Francesco Vairano, Domitilla D'Amico ha doppiato il personaggio della fata turchina da adulta, interpretata da Marine Vacth, nel film Pinocchio (2019) di Matteo Garrone, sia nella versione italiana che in quella inglese.
Ha doppiato molti personaggi nei cartoni prodotti da Kinder e Ferrero.
Dal 2004 la D'Amico è la voce ufficiale italiana di Tecna nel franchise di successo Winx Club. Ha fatto anche la voce fuori campo nel trailer del seconda stagione del cartone.
Dal 2008 al 2014 ha doppiato Daina, la fatina degli animali, nel franchise Disney Fairies, dove si narra la vita e le avventure di Trilli prima che incontrasse Peter Pan.
Come attrice recita inoltre accanto a Francesco Carnelutti in Non temere (2016), cortometraggio realizzato in collaborazione con Rai Cinema nell'ambito del progetto Pianeta Alzheimer e volto a sensibilizzare il pubblico sulle condizioni dei malati di Alzheimer, proiettato in svariate sale cinematografiche in occasione della relativa giornata mondiale (21 settembre).
Nel 2019 presta la sua voce per il cortometraggio C'è un eroe in ognuno di noi per divulgare le manovre salvavita.
Per la sua voce sensuale e la quantità di attrici sex symbol doppiate, è stata definita come la "voce delle supersexy".
Vita privata È sposata con Marco Infussi dal 25 luglio 2010 e ha avuto due figli: Charlotte, nata il 6 gennaio 2011, e Francesco Infussi, nato nel 2015, anche loro doppiatori.
Doppiaggio Film Scarlett Johansson in La giusta causa, L'uomo che sussurrava ai cavalli, In fuga per la libertà, La verità è che non gli piaci abbastanza, Iron Man 2, The Avengers, Hitchcock, Captain America: The Winter Soldier, Avengers: Age of Ultron, Captain America: Civil War, Ghost in the Shell, Crazy Night - Festa col morto, Thor: Ragnarok, Avengers: Infinity War, Captain Marvel, Avengers: Endgame, Storia di un matrimonio, Jojo Rabbit, Black Widow, Fly Me to the Moon - Le due facce della Luna, Jurassic World - La rinascita, North Star Margot Robbie in The Wolf of Wall Street, Focus - Niente è come sembra, Suite francese, Sopravvissuti, The Legend of Tarzan, Whiskey Tango Foxtrot, Suicide Squad, Vi presento Christopher Robin, Tonya, Terminal, Maria regina di Scozia, C'era una volta a... Hollywood, Birds of Prey e la fantasmagorica rinascita di Harley Quinn, Bombshell - La voce dello scandalo, The Suicide Squad - Missione suicida, Amsterdam, Babylon, Barbie, Asteroid City, A Big Bold Beautiful Journey - Un viaggio straordinario Kirsten Dunst in Piccole donne, Spider-Man, Spider-Man 2, Wimbledon, Elizabethtown, Marie Antoinette, Spider-Man 3, Star System - Se non ci sei non esisti, Love & Secrets, Melancholia, The Wedding Party, On the Road, Upside Down, Anchorman 2 - Fotti la notizia, I due volti di gennaio, Midnight Special - Fuga nella notte, Il diritto di contare, L'inganno, Il potere del cane, Civil War, Roofman Emma Stone in La rivolta delle ex, Easy Girl, Crazy, Stupid, Love, Amici di letto, The Help, Gangster Squad, Comic Movie, Magic in the Moonlight, Irrational Man, La La Land, La favorita, Crudelia, Povere creature!, Kinds of Kindness, Eddington, Bugonia Léa Seydoux in Mission: Impossible - Protocollo fantasma, Sister, La vita di Adele, La bella e la bestia, Grand Budapest Hotel, The Lobster, È solo la fine del mondo, The French Dispatch of the Liberty, Kansas Evening Sun, France, Storia di mia moglie, Crimes of the Future, Dune - Parte due Eva Green in The Dreamers - I sognatori, Perfect Sense, Dark Shadows, Womb, White Bird, 300 - L'alba di un impero, Miss Peregrine - La casa dei ragazzi speciali, Quello che non so di lei, Nocebo, I tre moschettieri - D'Artagnan, I tre moschettieri - Milady Emily Blunt in Il club di Jane Austen, Wolfman, I fantastici viaggi di Gulliver, Il pescatore di sogni, Il mondo di Arthur Newman, Into The Woods, Il ritorno di Mary Poppins, Jungle Cruise, Oppenheimer, The Fall Guy, The Smashing Machine Anne Hathaway in Il cavaliere oscuro - Il ritorno, Interstellar, Song One, Lo stagista inaspettato, Ocean's 8, Serenity - L'isola dell'inganno, Cattive acque, Locked Down, Armageddon Time - Il tempo dell'apocalisse, The Idea of You, Odissea, La fine di Oak Street Mila Kunis in Codice Genesi, Il cigno nero, Ted, 90 minuti a New York, Bad Moms 2 - Mamme molto più cattive, Il tuo ex non muore mai, Breaking News a Yuba County, Quattro buone giornate, La ragazza più fortunata del mondo, Wake Up Dead Man: Knives Out Mena Suvari in American Beauty, Le insolite sospette, Sonny, Vizi di famiglia, Factory Girl, Trauma, Domino, Edmond Jena Malone in Gioco d'amore, The Dangerous Lives of Altar Boys, Rovine, Oltre le regole - 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