Fatti: A. La cittadina colombiana A._, è giunta in Svizzera nell'ottobre 2007 per seguire un corso professionale in estetica e cosmetologia. A tal fine, le è stato rilasciato un permesso di dimora temporaneo valido fino alla fine di settembre 2008. Il 25 settembre 2008, A._ ha sposato il cittadino di nazionalità elvetica B._, ed ha ottenuto un permesso di dimora che le è stato rinnovato un'ultima volta fino al 24 settembre 2010. B. Il 1° dicembre 2008, A._ ha comunicato alla polizia l'intenzione di esercitare la prostituzione, indicando che avrebbe svolto tale attività anche presso l'abitazione in cui viveva con il marito. Il 7 ottobre 2009 - a seguito di un'istanza che mirava all'ottenimento di misure di protezione dell'unione coniugale presentata da B._, in cui lo stesso indicava tra l'altro che la vita in comune con la moglie non era in realtà mai esistita - il Giudice civile competente ha autorizzato la coppia a vivere separata. Il 24 novembre 2009, A._ ha quindi preso in locazione un nuovo appartamento e vi si è trasferita. Nell'ambito di un interrogatorio che ha avuto luogo il 9 aprile 2010, B._, beneficiario di una rendita d'invalidità, ha confermato alla polizia cantonale l'intenzione di divorziare. Ha aggiunto di aver conosciuto la sua coniuge verso la fine di giugno del 2008, che dopo la separazione l'aveva vista e sentita solo per motivi burocratici e che neppure sapeva dove si fosse trasferita. Durante la sua audizione, il 14 aprile 2010, A._ ha invece dichiarato di aver conosciuto il marito nel luglio 2008 e di continuare a frequentarlo, benché fossero separati. Quel medesimo giorno ha poi notificato alle autorità la rinuncia all'esercizio della prostituzione. C. Preso atto di questi fatti, il 27 aprile 2010 la Sezione della popolazione del Dipartimento delle istituzioni del Cantone Ticino ha respinto l'istanza con cui A._ chiedeva la modifica dell'indirizzo sul permesso, le ha revocato il permesso di dimora e ha infine fissato alla stessa un termine per lasciare la Svizzera. A sostegno della propria decisione, l'autorità ha rilevato che dal novembre 2009 A._ non conviveva più con il marito, intenzionato a divorziare, motivo per cui era venuto a mancare lo scopo per il quale l'autorizzazione era stata concessa. Su ricorso, detta decisione è stata confermata sia dal Consiglio di Stato, il 19 ottobre 2010, che dal Tribunale cantonale amministrativo, pronunciatosi in merito con sentenza del 29 marzo 2011. Nei loro giudizi, entrambe le istanze hanno negato alla ricorrente il rinnovo del permesso di dimora, ritenendo che il richiamo al matrimonio da lei contratto con B._ fosse abusivo. Nel medesimo contesto, hanno poi considerato che abusivo fosse pure il richiamo alla riconciliazione e alla ripresa della coabitazione con il marito, comunicate in sede di replica davanti al Consiglio di Stato. D. Il 6 maggio 2011, A._ ha inoltrato dinanzi al Tribunale federale un ricorso con cui postula l'annullamento della decisione emessa dal Tribunale amministrativo cantonale e il rinnovo dell'autorizzazione richiesta. Con decreto presidenziale del 13 maggio 2011, al gravame è stato concesso l'effetto sospensivo. Chiamato ad esprimersi, il Tribunale cantonale amministrativo si è riconfermato nelle motivazioni e nelle conclusioni della propria sentenza. Ad essa ha fatto rinvio anche la Sezione della popolazione e l'Ufficio federale della migrazione.