Дарья Мельникова родилась в Омске. В кино снимается с 2007 года. Первой киноработой стала главная роль в фильме «Золушка 4×4. Всё начинается с желаний». Режиссёр фильма Юрий Морозов и актриса Оксана Сташенко заметили Мельникову на Фестивале визуальных искусств в детском лагере «Орлёнок», где она танцевала со своим хореографическим ансамблем. За исполнение главной роли в этой картине актриса отмечена двумя кинонаградами. С 2007 по 2013 год снималась в телесериале «Папины дочки», который принёс ей огромную популярность. В июне 2008 года сообщалось, что Дарья должна сыграть в новом фильме об Алисе Селезнёвой, но в итоге съёмки так и не начались. В 2013 году Дарья окончила Высшее театральное училище имени М.С. Щепкина (курс Владимира Бейлиса и Виталия Иванова). С сентября 2013 года - актриса Московского театра имени Ермоловой. В 2010 году Дарья планировала выпустить книгу под названием «Картинки для привлечения внимания». 31 августа 2013 года Мельникова вышла замуж за актёра Артура Смольянинова. 27 октября 2015 года у них родился сын, которого назвали в честь отца, Артур Артурович Смольянинов. 7 декабря 2018 года родился второй сын, Марк Артурович Смольянинов. 6 июня 2021 года актриса сообщила о разводе с Артуром.