דורנר נולדה באיסטנבול שבטורקיה בשם "דולי גרינברג", בת למינה ולוי, אביה שהיה סוחר עצים אמיד, אשר הגיע לעיר מאודסה בעקבות אביו. סבה, הרב מרקוס, היה הרב הראשי האשכנזי של איסטנבול.
המשפחה עלתה לארץ ישראל בשנת 1944 והתיישבה בתל אביב. אביה נפטר זמן קצר לאחר מכן בהדסה הר הצופים מסרטן שהתגלה בגופו עוד בטורקיה. עם מות בעלה, אמה, שהייתה עקרת בית כל השנים, נקלעה לקשיים כספיים לאחר השקעות כושלות של הכספים הרבים שהותיר בעלה. דורנר ואחיה נשלחו למוסד החינוכי "נווה הילד" ליד נהריה, שם למדה שלוש שנים בתנאי פנימייה, במימון "עליית הנוער", וסיימה בית ספר יסודי. על החינוך שקיבלה שם אמרה: . את המבטא הייקי הקל הנשמע בעת דיבורה, תולה דורנר בלימודי העברית שלה באותה פנימייה, בה רוב המורים היו יוצאי גרמניה.
לאחר סיום לימודיה ב"נווה הילד", ולאחר שאמה עברה להתגורר בחיפה, המשיכה דולי גרינברג לבית הספר הריאלי בחיפה, לאחר שקיבלה מלגה ללימודים שם. אמה הצליחה לרכוש דירת שני חדרים, אולם חדר אחד מהשניים הושכר לדייר-משנה ומלבד הכנסה זו, כדי לעזור בפרנסת המשפחה, הייתה דולי מעבירה שיעורים פרטיים כמעט מדי יום.
שירות צבאי.
לצה"ל התגייסה בגיל 17. במהלך שירות החובה, אותו עשתה ברמת גן, החלה בלימודי משפטים בבית הספר הגבוה למשפט ולכלכלה בתל אביב במסגרת של לימודי ערב. עם סיום לימודיה, החליטה שלא יאה לעורכת דין להקרא בשם "דולי", והחליטה להחליף את שמה הפרטי ל"דליה". לאחר שחרורה מצה"ל המשיכה בלימודי משפטים באוניברסיטה העברית בירושלים. לאחר תום לימודיה הועסקה בתפקיד משפטי במשטרת ישראל. לאחר מכן עברה לשרת בפרקליטות הצבאית וכיהנה, בין השאר, בתפקיד הסניגורית הצבאית הראשית. בשנת 1973 כיהנה כנשיאת בית הדין הצבאי של מחוז המרכז וחיל האוויר, בדרגת סגן-אלוף, ומ-1974 כיהנה בתפקיד שופטת בית הדין הצבאי לערעורים בדרגת אלוף-משנה (היא הייתה הקצינה השנייה בצה"ל, מחוץ לחיל הנשים, שהוענקו לה דרגות סגן-אלוף ואלוף-משנה, אחרי דבורה תומר). ב-1974 ישבה דורנר בהרכב שדן את י"כ לעשרים שנות מאסר על רצח שבוי, פסק דין שהומר במשפט חוזר, לשנת מאסר על הריגה. ב-1975 מונתה כשופטת חוקרת של אסון מחניים והמליצה על העמדה לדין של רב"ט וסגן מחיל האוויר.
דורנר סיפרה כי פנתה לשירות הצבאי כדי לספק גב כלכלי לבעלה, שעשה את צעדיו הראשונים כעורך דין עצמאי בשוק הפרטי. לתפיסתה דאז, תפקידה של האישה הוא לסייע לבעל לפתח את הקריירה שלו. מאוחר יותר, בצבא, שינתה את טעמה ופיתחה משנה פמיניסטית יותר.
בעת שירותה של דורנר בפרקליטות הצבאית הכירה את הפרקליט הצבאי הראשי, מאיר שמגר. קשריהם התהדקו בעת ששימשה שופטת בבית הדין הצבאי לערעורים, ושמגר, שהיה שופט בית המשפט העליון, שירת לצדה במילואים כשופט בבית הדין, להזמנתה. דורנר ושמגר כיהנו יחד ב"ועדת שמגר" לבחינת מערכת השיפוט הצבאית, בשנת 1978.
שופטת.
עם פרישתה מהצבא, מונתה לשופטת מחוזית בבית המשפט המחוזי בבאר שבע, ומאוחר יותר בבית המשפט המחוזי בירושלים (בו ישבה לצד אליהו בן זמרה). בין השאר שלחה את רפאל לוי ממשרד הפנים שהואשם בקבלת שוחד ל-3.5 שנות מאסר, עונש שנחשב חמור.
היא גם ישבה בהרכב השופטים במשפטו של ג'ון דמיאניוק, שזוהה כאיוון האיום, הפושע הנאצי האוקראיני מטרבלינקה. דורנר לא חפצה לדון בתיק זה, בשל התנגדותה העקרונית לעונש המוות ומאחר שהופעלו עליה לחצים מבית מצד בעלה ניצול השואה, אולם היא העדיפה לשבת במותב משום שראתה בתיק המונח לפניה תיק היסטורי ומשום שעמיתיה, שהכירו ביכולתה לארגן כמויות עצומות של חומר ולהתמצא בו, לחצו עליה לקבל את התפקיד.
דמיאניוק הורשע בבית המשפט המחוזי, אך בערעור בבית המשפט העליון הוא זוכה מחמת הספק בעקבות ראיות חדשות שהתגלו לאחר מתן פסק הדין בבית המשפט המחוזי (בעקבות פתיחת ארכיוני הק.ג.ב.). מאוחר יותר טענה כי גם לאחר זיכויו היא עודנה בטוחה שדמיאניוק הוא איוון האיום אך הוסיפה כי היא מאמינה שהייתה מגיעה לתוצאה דומה לזו שהגיע אליה בית המשפט העליון.
כשופטת בבית המשפט העליון.
באפריל 1993 מונתה דורנר לשופטת בבית המשפט העליון במינוי בפועל, ביוזמתו של הנשיא שמגר. כעבור שנה, באפריל 1994, מונתה דורנר לכהונת קבע כשופטת בית המשפט העליון.
דורנר זוהתה כדבקה במיוחד בזכויות האדם, וכפרשנית מרחיבה של חוקי היסוד (אם כי יש אקטיביסטיים ממנה במגמה זו). היא החמירה עם נאשמי צווארון לבן. גישות אלו, כפי שהשתקפו בפסיקותיה, הפכו אותה לאחת מהבולטות שבשופטי ישראל, אך היא לא זכתה לאהדה בחוגי הימין והחרדים. לקראת סוף כהונתה שימשה גם כיושבת ראש ועדת הבחירות לכנסת ולרשויות המקומיות.
במשוב לשכת עורכי הדין על השופטים לשנת תשס"ד זכתה דורנר בציון הנמוך ביותר מבין שופטי בית המשפט העליון. נטען נגדה כי בתיקים אזרחיים היא מפגינה חוסר סבלנות רב כלפי עורכי הדין הטוענים מולה. מנגד, דורנר נודעה כאחד השופטים המהירים ובעלי ההספק הגבוה ביותר במתן פסקי דין.
פעילות ציבורית לאחר פרישתה.
ב-3 במרץ 2004 סיימה דליה דורנר את כהונתה בבית המשפט העליון. נשיא בית המשפט העליון אהרן ברק תיאר את כהונתה במילים: .
באוגוסט 2006 נבחרה דורנר לתפקיד נשיאת מועצת העיתונות בישראל. בינואר 2008 מונתה לעמוד בראש ועדת חקירה ממלכתית בנושא הסיוע לניצולי השואה (ועדת דורנר), שהגישה את הדוח ב-22 ביוני 2008. בשנת 2008 מונתה על ידי שרת החינוך יולי תמיר לראשות ועדה ציבורית לבחינת חינוך ילדים בעלי צרכים מיוחדים. מאז פרישתה היא מרצה על זכויות אדם בפקולטה למשפטים באוניברסיטת בר-אילן ובמכללות למשפטים. היא חברה בוועד המנהל של האוניברסיטה העברית, נשיאת העמותה למשפט ציבורי ליד הפקולטה למשפטים של האוניברסיטה העברית ויו"ר המערכת של כתב העת "הפרקליט", היוצא לאור על ידי לשכת עורכי הדין בישראל.
בשנת 2014, התמודדה דורנר בבחירות לנשיאות ישראל. בבחירות זכתה ב-13 קולות של חברי הכנסת ולא העפילה לסיבוב השני, שבו נבחר הנשיא העשירי.
דורנר עמדה בראש הוועדה לבחינת מדיניות הענישה והטיפול בעבריינים, שהגישה את המלצותיה בנובמבר 2015.
דורנר הודיעה על פרישתה הצפויה ממועצת העיתונות בתחילת פברואר 2021 על רקע חילוקי דעות בתוך המועצה, בין היתר בשל הקמת המכון הישראלי לעיתונות על ידי דורנר שהושק ב-7 בפברואר 2021. על פי דו"ח ועדת הביקורת של מועצת העיתונות, דורנר פעלה בניגוד עניינים בין כובעה כנשיאת המועצה ובין פעילותה להקמת המכון. מסקנות נוספות של הדו"ח מעלות כי כספי נאמנות בסך של עשרה מיליון ש"ח שהוקצו לחלוקת פרסים עיתונאיים הופנו על ידי דורנר למימון המכון החדש, וכי דורנר פעלה מול המועצה ומול ועדת הביקורת באופן שכלל לעיתים קרובות "שקרים" ו"חצאי אמתות".
החל מ-7 בפברואר 2021 היא מכהנת כנשיאת המכון הישראלי לעיתונות.
משפחתה.
דורנר הייתה נשואה משנת 1958 לשמואל דורנר, אותו הכירה במהלך לימודי המשפטים, והתאלמנה ממנו ב-2019. השניים התגוררו בירושלים ולהם שני בנים. אחד מהם הוא אריאל בנדור, לשעבר דיקן הפקולטה למשפטים באוניברסיטת חיפה ובעשור השני של המאה ה-21, פרופסור מן המניין באוניברסיטת בר-אילן. דורנר מתגוררת בירושלים.
פסיקות בולטות.
דורנר ידועה בפסיקותיה שתמכו בזכויות נשים והומוסקסואלים. בבג"ץ אל-על נ' דנילוביץ קבעה שהדייל יונתן דנילוביץ' זכאי לקבל מחברת אל על הטבות עבור בן זוגו, כפי שזכאי לכך עובד נשוי או ידוע בציבור. היא הורתה לצה"ל לאפשר לאליס מילר לעבור את המיונים לקורס טיס, שעד אז היה סגור בפני נשים. היא סברה שלרותי נחמני זכות על הביציות המופרות בזרע בעלה. בדעת מיעוט היא קבעה ש"חזקת השיתוף" חלה גם על זוגות שנישאו אחרי שנת 1974 (משמעות פסיקה זו היא מתן זכויות רבות יותר לאישה ברכוש בעלה, עוד בטרם הגירושין). דורנר גם החליטה להקל בעונשה של כרמלה בוחבוט, אישה שהרגה את בעלה, שהתעלל בה שנים רבות. בפסק-דינה מתחה דורנר ביקורת חריפה על הקהילה שבוחבוט השתייכה אליה, שידעה על מעשי ההתעללות ולא עשתה דבר.
ביחסה לנושאי דת ומדינה הובילה דורנר קו ליברלי. מחד, תמכה בדעת מיעוט בפתיחה מוחלטת של רחוב בר-אילן לתנועה בשבתות; מאידך קבעה, גם זאת בדעת מיעוט, כי אדם דתי רשאי למנוע שידור בשבת של תוכנית בהשתתפותו. דורנר גם תבעה מהמדינה להכיר בגיור רפורמי.
דורנר לא הייתה בין השופטים המקבלים ללא פקפוק נימוקים שבביטחון. היא תמכה בשחרור רוב "קלפי המיקוח" שנחטפו בלבנון כדי לסייע בשחרורו של רון ארד, פרט לשייח עובייד ולמוסטפא דיראני; בעניין זה הייתה בדעת מיעוט מבין שלושת השופטים, אך בדיון הנוסף הפכה דעתה לדעת הרוב של שישה מתוך תשעה שופטים, לאחר שנשיא בית המשפט אהרן ברק שינה את דעתו המקורית והצטרף לדעתה. עם זאת, היא עיכבה את פינוי המאחזים ברצועת עזה ופסקה כי עקורי איקרית (ערבים אזרחי ישראל) לא יוכלו לשוב לשטח בו עמד כפרם, שכן היא קיבלה את טענת ראש הממשלה דאז, אריאל שרון, כי הדבר עלול להיתפש כהכרה בזכות השיבה ולכן לפגוע באינטרסים הביטחוניים של מדינת ישראל.