Už jako studentka gymnázia se Dana Hlaváčová objevila v komedii Tři chlapi v chalupě (1963). Původně chtěla studovat matematiku, ale nakonec se rozhodla pro pražskou DAMU. Ještě na škole získala angažmá v Divadle E. F. Buriana, kde účinkovala do roku 1991.
Společně se starší sestrou Janou Hlaváčovou se Dana Hlaváčová předvedla v seriálu Eliška a její rod (1966). Hráli v něm sestry.
První větší roli Dana Hlaváčová dostala od Hynka Bočana v dramatu Pasťák (1968). Nejvíce jí proslavilo ztvárnění Popelčiny nevlastní sestry Dory v dnes již legendární pohádce Václava Vorlíčka Tři oříšky pro Popelku (1973).
Zahrála si v řadě seriálů a televizních snímků. Na filmovém plátně se opět společně se setrou objevila v pohádce Jiřího Stracha Anděl páně (2005). Dana Hlaváčová se také věnovala dabingu a pedagogické činnosti v dramatickém oddělení ZUŠ v Praze-Libni.
Dana Hlaváčová má dceru Lucii Matouškovou.