Z matčiny strany byla neteří císaře Svaté říše římskéKarla V. Tento příbuzenský vztah ovlivnil zásadně její další osudy, neboť jako členka habsburské dynastie byla velmi žádoucí potenciální nevěstou. Její strýc ji posléze provdal z čistě politických zájmů, aby prostřednictvím takto vzniklého spojení posílil svou moc proti Francii.
Dorotea měla pouhé tři roky, když byl její otec Kristián II. roku 1523 sesazen z dánského trůnu. Celá rodina uprchla do Flander a nakonec se usadila v Lier v dnešní Belgii. Po smrti matky Isabelly v roce 1526 předal Kristián své děti do péče jejich pratety Markéty Habsburské, nizozemské místodržitelky. Roku 1531 se vypravil zpět do Skandinávie, neboť se chtěl pokusit o znovuzískání dánského trůnu. Jeho snaha nebyla úspěšná, Kristián byl zajat a po dlouholetém věznění roku 1559 zemřel; do Flander se již nevrátil a Dorotea již nikdy svého otce nespatřila.
Spolu s bratrem Janem a sestrou Kristinou získala Dorotea excelentní vzdělání v katolickém duchu. Po smrti Markéty Habsburské v roce 1530 se o další výchovu dětí starala nová místodržitelka habsburského Nizozemí, Marie Habsburská. Snažila se dětem své zemřelé starší sestry zajistit pokud možno šťastné dětství bez útrap. Místodržitelský dvůr byl katolický, byl zde nicméně značně zastoupen i protestantismus, ke kterému Dorotea od dětství inklinovala.
Manželství, falcká kurfiřtka
Dorotein bratr Jan zemřel ve čtrnácti letech roku 1532. Jako starší z posledních dvou přeživších potomků sesazeného krále Kristiána II. byla Dorotea pretendentkou dánského trůnu. Jako takovou ji Habsburkové provdali za falckého prince Fridricha, pozdějšího falckého kurfiřtaFridricha II. Svatba se konala 25. září roku 1535 v Heidelbergu. Již následujícího roku však byly její naděje obsadit dánský trůn zmařeny, když občanská válka, jež vypukla roku 1534 ve Švédsku s cílem dosadit opět Kristiána II. na trůn, skončila neúspěchem. Dorotein manžel však na jejich právech dále trval. Habsburkové oficiálně jejich nároky podporovali, nepodnikli však nic, aby jim byl trůn navrácen. Roku 1544 se princ Fridrich stal kurfiřtem a téhož roku Habsburkové svou podporu oficiálně odřekli.
Dorotea Dánská a Fridrich Falcký nepřipustili rozšíření protestantismu ve své zemi, nehledě k tomu, že kurfiřtka chovala k tomuto vyznání sympatie.
Z manželství Dorotey a Fridricha se nenarodily žádné děti. Po manželově smrti roku 1556 žila Dototea skromně na zámku v Neumarketu. Zemřela 31. května roku 1580 a byla pochována v chrámu sv. ducha v Heidelbergu.