Hun var eldste datter av Hans Christian, hertug av Slesvig-Holsten-Sønderborg (1607–1653) og hustru Anna av Delmenhorst (1605–1668). Den 5. mai 1661 giftet hun seg i Sønderborg med landgreve Georg III av Hessen-Itter (1632–1676). Etter å ha født en død datter den 28. februar 1662, døde hun selv noen timer senere. Dorothea Augusta ble begravet i fyrstekrypten i Stadkirche Darmstadt.