W 1981 roku uzyskała dyplom na Wydziale Aktorskim Państwowej Wyższej Szkoły Teatralnej w Krakowie. Kariera sceniczna Doroty Pomykały związana jest ze Starym Teatrem w Krakowie, w którym debiutowała w 1979 roku w wieczorze poetyckim "Jan Kochanowski" w reżyserii Jana Korwina-Kochanowskiego. Aktorka do dziś występuje na krakowskiej scenie. Gościnnie można ją było zobaczyć także w łódzkim Teatrze Nowym, warszawskich Rozmaitościach, Teatrze im. Stefana Żeromskiego w Kielcach, na krakowskich scenach Teatru Bagatela i Teatru im. Juliusza Słowackiego. W ostatnich sezonach aktorka występowała również w Teatrach Studio i Polonia w Warszawie.
W kinie Pomykała pojawiła się po raz pierwszy w 1978 roku w Aktorach prowincjonalnych Agnieszki Holland. Zagrała także epizod w jednym z odcinków telewizyjnego serialu "Układ krążenia" Andrzeja Titkowa (1978). Jej pierwszą dużą rolą filmową była Helena Pogorzelska w "Ojcu królowej" Wojciecha Solarza, kostiumowej produkcji z gatunku płaszcza i szpady, której akcja toczy się w XVII wieku. W 1980 roku zagrała w serialu telewizyjnym "Punkt widzenia" Janusza Zaorskiego, gdzie wcieliła się w postać młodej aktorki Liliany. Zaorski przedstawiał losy grupy młodych ludzi po studiach, tworząc obyczajowy obrazek z Polską przełomu lat 70. i 80. w tle. W 1982 roku aktorka przekonująco pokazała Jolę, prostytutkę w Wielkim Szu Sylwestra Chęcińskiego, głośnym filmie rozgrywającym się w półświatku karciarzy. Można ją było także zobaczyć w serialu "Blisko, coraz bliżej" Zbigniewa Chmielewskiego, historycznej opowieści rozgrywającej się na Śląsku w latach 1863-1922 (1986) oraz w filmie "Weryfikacja" Mirosława Gronowskiego (1986). W 1989 roku Pomykała zagrała Martę w szeroko komentowanym debiucie fabularnym Jacka Skalskiego - Chce mi się wyć. Wspólnie z Mirosławem Baką (Marek) stworzyli parę głównych bohaterów. "Chce mi się wyć", porównywany przez krytykę z jednej strony do "Ostatniego tanga w Paryżu" Bernarda Bertolucciego, a z drugiej do Popiołu i diamentu Andrzeja Wajdy, był erotycznym dramatem rozgrywającym się w ponurej rzeczywistości stanu wojennego. Bohaterowie filmu Skalskiego w seksie poszukiwali ucieczki przed brutalnością i marazmem codziennego życia. Oboje aktorzy stworzyli w tym obrazie przejmującą parę kochanków.
W teatrze Pomykała występowała w przedstawieniach Jerzego Jarockiego. Grała w inscenizacji "Mordu w katedrze" wg Thomasa Stearnsa Eliota (1982) i w "Życie jest snem" Calderona, gdzie wcieliła się w rolę Rosaury, tworząc jedną z najciekawszych swoich ról tego okresu. Bożena Winnicka pisała:
Dorota Pomykała bardzo szlachetnie, bez fałszywych tonów przekazuje kontrasty i transformacje Rosaury(...) potrafi połączyć poezję z charakterystycznością, ma czystość i jakąś kruchość, a równocześnie wewnętrzne napięcie i zamierzoną w postaci ostrość.
("Życie Literackie" 1983, nr 38)
Pomykała zagrała ponadto m.in. Syrenę w Powrocie Odysa Stanisława Wyspiańskiego w reżyserii Krystiana Lupy (1981) i Księżniczkę Eboli w "Don Carlosie" Fryderyka Schillera w inscenizacji Laco Adamika (1984). W 1986 roku aktorka sprawdziła się w komedii, była Sylwią w "Dwóch panach z Werony" Szekspira w reżyserii Tadeusza Łomnickiego. Spektakl utrzymany w lekkim tonie komedii dell'arte, pełny barokowych metafor i lingwistycznych dowcipów wydobytych w tłumaczeniu Stanisława Barańczaka, był materiałem do scenicznej zabawy:
Rezolutna Julia (Lidia Duda) i uwodzicielska Sylwia (Dorota Pomykała) bawiły się swoimi szturmami do serc uwikłanych w wieloznaczną, pełną napięć przyjaźń dwóch panów z Werony (...)
(Jacek Sieradzki, "Polityka" 1987, nr 6).
W 1988 roku Pomykała wystąpiła w rolach Soni w "Płatonowie" Antoniego Czechowa w reżyserii Filipa Bajona i Gitel w Dybuku Szymona An-skiego w reżyserii Andrzeja Wajdy, rok później reżyser obsadził ją w roli Gertrudy w swoim "Hamlecie IV" wg Szekspira.
W 1993 roku Pomykała zagrała poetkę Klarę w nastrojowym filmie Andrzeja Barańskiego "Dwa księżyce" wg prozy Marii Kuncewiczowej, następnie była m.in. Anką z klubu Anonimowych Alkoholików w telewizyjnym obrazie "Tylko strach" Barbary Sass (1993), Jolą Łukasik w "Spisie cudzołożnic" Jerzego Stuhra wg prozy Jerzego Pilcha (1994). Wystąpiła też, w odwołującej się do filmu noir, "Pułapce" (1997) Adka Drabińskiego i onirycznej "Królowej aniołów" Mariusza Grzegorzka (1999).
W latach 90. w teatrze Pomykała interpretowała Julię w "Romulusie Wielkim" Friedricha Dürrenmatta w reżyserii Giovanniego Pampiglione (1996), jeszcze raz zagrała u Jarockiego, tym razem Martę w inscenizacji Fausta Johanna Wolfganga Goethego (1997), była też Elżbietą w "Dekalogu II" i "VIII" wg Krzysztofa Kieślowskiego i Krzysztofa Piesiewicza w reżyserii Agnieszki Lipiec-Wróblewskiej (1999). Gościnnie w krakowskim Teatrze im. Juliusza Słowackiego wcieliła się w postać Anny Wojnicew w "Płatonowie" Czechowa w reżyserii Grzegorza Wiśniewskiego (2000).
Bardzo dobre role Dorota Pomykała stworzyła w ostatnich sezonach na deskach warszawskiego Teatru Studio. W 2003 roku wystąpiła jako Corinne w kameralnym dramacie Martina Crimpa "Na wsi" w reżyserii Mariusza Grzegorzka. Partnerował jej Krzysztof Stroiński. Iza Natasza Czapska pisała:
Krucha, subtelna Corinne, po której najbardziej znać załamanie zdradą i życiem w kłamstwie oraz gwałtownie zbliżający się ostatecznego upadku Richar to świetny, bardzo precyzyjnie zadzierzgnięty duet Doroty Pomykały i Krzysztofa Stroińskiego. Znakomici aktorzy przez półtorej godziny utrzymują odpowiednio wyśrubowane napięcie i wiarygodnie oddają nerw relacji, jakie łączą długoletnie małżeństwo. Po obojgu widać cenę, jaką płacą każdego dnia za niemą zgodę na życie w pozornym ładzie. W niej jest łagodność, potrzeba miłości, wzbierający krzyk rozpaczy; on doskonale to wyczuwa, próbując nadać lekkość i ciepło codziennym kontaktom.
("Życie Warszawy" 2003, nr 90).
Kolejna przejmująca interpretacja aktorki to rola Pani Rózsiki w "Gézie-dzieciaku" Jánosa Háya w reżyserii Zbigniewa Brzozy (2005). O postaci matki wychowującej upośledzonego synka pisał Jacek Sieradzki:
"Czy pan Bóg poprawi świat? Nie wiem, synku. Być może, że nie". W gorzkim, powściąganym uśmiechu, towarzyszącym tej odpowiedzi, jest coś więcej niż świadomość matki wychowującej opóźnionego w rozwoju Gézę-dzieciaka. Jest egzystencjalna wątpliwość na temat porządku rzeczy, którą podszyta jest cała ta sztuka węgierskiego pisarza Jánosa Háya. (...)
("Polityka" 2005, nr 33)
W 2006 roku Pomykała zagrała Ginewrę w "Prze(d)stawienu" Ursuli Ehler i Tankreda Dorsta w reżyserii Agaty Dudy-Gracz, która odczytywała arturiański mit poprzez polskie doświadczenia ostatnich lat. Tomasz Miłkowski pisał:
Niezwykłą postać Ginewry tworzy w tym spektaklu Dorota Pomykała, aktorka o absolutnym instynkcie i wrażliwości scenicznej. Bywa skończonym, tłukiem, guzdrałą i rozwścieczoną samicą, namiętną kochanką i zagubioną kobietą. Wielka rola.
("Przegląd" 2006, nr 38).
Kolejne role teatralne aktorki to Praksagora w "Sejmie kobiet" Arystofanesa w reżyserii Mikołaja Grabowskiego (Narodowy Stary Teatr w Krakowie, 2007) i wyraziście zagrana wdowa Maria w sztuce o codziennych sprawach płci pięknej "Kobiety w sytuacji krytycznej" Joanny Murray-Smith w reżyserii Krystyny Jandy (Teatr Polonia w Warszawie, 2007). Dwukrotnie współpracowała z duetem Demirski - Strzępka w Narodowym Starym Teatrze w Krakowie: po raz pierwszy przy "Bitwie warszawskiej 1920" (2013), gdzie zagrała figurę Polskiej Mamy. Maciej Nowak w Przekroju (nr 26, 02.07.2013) pisał:
Monika Strzępka niczym szekspirowska wiedźma posiadła umiejętność uruchamiania aktorskiej przemiany. Dzięki temu przywróciła do aktorskiego życia na początku sezonu m.in. Antoninę Choroszy w Teatrze Nowym w Poznaniu. W Starym atomową energię rozpaliła na nowo w Annie Radwan, jako Poznaniance oraz Dorocie Pomykale [na zdjęciu] w roli Matki Polki. W białej sukni, ubrudzonej krwią, zatroskana, a jednocześnie szalona jest matką wszystkich, ukojeniem, niosącym cierpienie.
Drugim spektaklem reżysersko-dramaturgicznego duetu, w którym z powodzeniem wystąpiła Pomykała była "nie-boska komedia. WSZYSTKO POWIEM BOGU" (2014). Łukasz Badula w portalu kulturaonline.pl (07.01.2015) chwalił:
Doskonale spisujący się aktorski zespół najlepsze zostawia jednak na koniec. Duet Dorota Pomykała - Maria Nieradkiewicz na dwa głosy opowiada o potrzebie odreagowania. Staniu w ciemnym korytarzu na klatce schodowej, gdy człowiek boi się wcisnąć po omacku przycisk. Bo przypadkiem może być to dzwonek do cudzego mieszkania. Rewelacyjny finał. Zagrany przez obie panie na luzie, z uśmiechem, wewnętrznym ciepłem, które natychmiast koi skołatane po trzech godzinach spektaklu serce.
W kinie zagrała w ciekawym filmie o dojrzewaniu "Z odzysku" Sławomira Fabickiego (2005), w którym wcieliła się w postać matki głównego bohatera Wojtka. Matką jednego z głównych protagonistów - Adama, była również w filmie Magdaleny Piekorz "Senność" (2008) opowiadającym o ludziach na życiowym zakręcie, matką tytułowej bohaterki zaś - w "Ki" Leszka Dawida (2011). W 2020 roku zagrała Renatę w nominowanym do Oscara filmie krótkometrażowym w reżyserii Tadeusza Łysiaka "Sukienka".
Aktorka występowała także w popularnych produkcjach telewizyjnych "Plebania" i "Blondynka" oraz - w brawurowej, komediowej roli matki tytułowej bohaterki - w serialu "Singielka".
16 czerwca 2022 roku na Festiwalu Tribeca w Nowym Jorku za najlepszą kreację aktorską nagrodzono ją za rolę w "Kobiecie na dachu" w reżyserii Anny Jadowskiej.