Dominique Voynet est née le 4 novembre 1958 dans le Doubs, à Montbéliard. Elle se destine d'abord à une carrière dans le secteur médical. Baccalauréat en poche, elle entame des études de médecine, qu'elle achève à l’âge de 27 ans. En 1985, elle pratique à l'hôpital de Dole, en tant qu'anesthésiste réanimatrice.
Dominique Voynet fait ses premiers pas en politique en intégrant d'abord l'Association belfortaine de protection de la nature. Très vite, elle gravit les échelons, étant tout d'abord chef de file des Verts de Besançon en 1985. Puis, en 1991, elle devient députée européenne. La même année, Dominique Voynet devient porte-parole nationale des Verts.
En 1995, elle se présente à l'élection présidentielle sous l’étiquette des Verts. En 1997, Dominique Voynet entre dans le gouvernement de Lionel Jospin. Puis, elle est ministre de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement, jusqu'en 2001. En 2007, elle est élue maire de Montreuil. Elle refuse de briguer un second mandat en 2013.
Fin 2019, Dominique Voynet est nommée à la tête de l'ARS (Agence régionale de la santé) de Mayotte. En 2020, elle est confrontée à la gestion de la crise sanitaire liée au Covid-19.
Côté vie privée, elle a été en couple avec l'ancien ministre Yves Cochet, d'après leurs propres explications à Libération en 2006. Ils se rencontrent au début des années 80, étant tous deux déjà parents d'une petite fille chacun. Ils se disputent l'investiture écologique en 2006. Elle est maman de deux filles : Marine et Jeanne.