Depuis son plus jeune âge, elle désire être actrice. Elle a été découverte à l’âge de 15 ans alors qu’elle travaillait dans un magasin à New York et a été choisie pour tenir un petit rôle pour une pub pour un soda. Quelques années plus tard, décidée à poursuivre sérieusement et activement sa carrière, elle a étudié au Actor’s Workshop de New York, sous la direction de Flo Greeberg. Après avoir obtenu un diplôme de la Montclair State University, dans le New Jersey, elle a déménagé à Los Angeles. Dania Ramirez a commencé sa carrière comme figurante dans un film produit par la HBO, Subway Stories (1997), où elle a rencontré le metteur en scène Spike Lee. Celui-ci lui a ensuite confié un rôle dans son film, She Hate Me (2004) qui marque véritablement les débuts de la jeune actrice à l’écran. On l’a vue également dans un autre film de Spike Lee, La 25ème Heure, avec Edward Norton.

Elle a joué également Caridad, une des Tueuses de vampires potentielles dans la populaire série Buffy contre les Vampires (saison 7) avant d’interpréter un personnage bien connu des amateurs des comics des X-Men, Callisto, dans X-Men 3 : l’Affrontement Final (2006). Elle a aussi tenu le rôle de Blanca Selgado (le nouvel intérêt amoureux de Anthony "AJ" Soprano – Robert Iller) dans la 6ème saison des Sopranos. Elle y jouait une jeune mère célibataire mère d’un enfant de trois ans, Hector.

Elle joue en 2007, Maya dans la seconde saison d'Heroes. Maya est l’un des cinq nouveaux personnages attendus à être ajoutés dans la nouvelle saison de Heroes, mais il se pourrait que son personnage soit le seul à être régulier dans la série.