Es una actriz británica, más conocida por haber interpretado a Ana Bolena en la serie Los Tudor y a Margaery Tyrell en la serie Juego de tronos.

Estudió en la escuela secundaria Chiltern Edge, antes de cambiarse a la Reading Blue Coat School, una escuela independiente para chicas, para el sixth form. Durante su etapa escolar estudió danza en la Allenova School of Dancing,1​ antes de entrar a la Academia de Arte Dramático Webber Douglas, en Londres. Dormer practica esgrima y es miembro de la London Fencing Academy.

En 2007 comenzó a salir con el director irlandés Anthony Byrne,​ en 2011 la pareja anunció que se habían comprometido. En septiembre de 2013 la pareja anunció que habían terminado su compromiso. A finales de 2015, la actriz británica anunció su compromiso nupcial con el empresario Sergio Romero Amantegi, con el cuál mantiene un romance desde el 2014 y se estima que la boda se lleve a cabo en la ciudad de San Sebastián en el verano de 2016.