Dominique Voynet est née le 4 novembre 1958, dans le Doubs, à Montbéliard. Elle est issue d'une classe moyenne. Ses parents sont tous deux engagés politiquement, à gauche. Son père, socialiste, est maire du village de Denney et sa mère, institutrice puis directrice d'école primaire, est militante à la CFDT. Dominique Voynet est l'aînée d'une fratrie de cinq enfants. Très jeune, elle se révolte contre les injustices sociales; en 1970 notamment, elle forme un « club tiers-monde » au collège. Elle s'intéresse également à la protection de la nature.
Elle fait des études de médecine et exerce le métier d'anesthésiste.
Parallèlement, elle milite au Planning familial.
En 1981, elle s'engage auprès des écologistes. Elle milite contre les centrales nucléaires de Fessenheim et Malville au sein de l'Association belfortaine de protection de la nature. Elle proteste aussi contre la déforestation des Vosges. Elle s'engage à « Amnesty international » et adhère, comme sa mère avant elle, à la CFDT. Pour défendre efficacement sa cause, elle anime une radio libre (Radio Ondes rouges). Enfin, elle participe au Front de lutte antimilitariste. En tant qu'écologiste convaincue, elle est également membre des Amis de la terre.
En 1981, elle soutient Brice Lalonde, candidat écologiste aux élections présidentielles, qui obtient 3,8% des voix. Trois ans plus tard, elle participe à la création d'un nouveau parti politique, les Verts, qui se caractérise par le fait qu'il n'appartient ni à la droite ni à la gauche mais Dominique Voynet revendique son appartenance à cette dernière. Cette participation lui vaut d'être élue conseillère municipale de Dole puis secrétaire générale des Verts au Parlement européen en 1989 mais elle cède sa place en 1991 pour devenir porte-parole du parti.
Peu à peu, Dominique Voynet emporte les suffrages et parvient à supplanter le président de Génération Ecologie, Brice Lalonde et son rival des Verts, M. Waechter. Elle devance celui-ci lors de l'assemblée générale de Lille en novembre 1993. Dominique Voynet parvient à se faire sa place au sein des Verts, même si le parti n'est pas fédérateur. De nombreux groupuscules écologistes ne s'allient pas toujours aux Verts, parti majoritaire de l'écologie. Enfin, en 1992, elle est élue conseillère régionale de Franche-Comté.
En tant que secrétaire général des Verts, Dominique Voynet se présente aux élections présidententielles de 1995. Elle obtient 3,32% des voix et conformément au souhait du parti, elle n'appelle pas à voter au second tour pour Lionel Jospin. Néanmoins, en novembre, elle propose aux Verts une motion en faveur d’une alliance avec la gauche socialiste et communiste. Le parti approuve : désormais il a un camp, la gauche.
Lors des élections législatives de 1997, elle est députée du Jura. Lionel Jospin la nomme ministre de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement. Grâce à la motion qu'elle a fait adopter à son parti, elle est la première ministre issue des Verts à partiper à un gouvernement français. A ce titre, elle fait voter la loi d’orientation pour l’aménagement et le développement durable du territoire. Elle lance le débat autour des OGM et impose un moratoire européen. Elle adopte un plan national pour lutter contre le changement climatique. Elle tente de valoriser l'agriculture biologique, les transports en commun. Les Verts gagnent des sièges à l’élection européenne de 1999 ainsi qu'aux municipales de 2001. Dominique Voynet quitte volontairement son poste de ministre afin de se consacrer au secrétariat général des Verts. Son objectif est de mener à bien les campagnes électorales de 2002. Le PS aimerait une alliance avec le parti écologiste afin de ne pas multiplier les candidatures mais celui-ci refuse. C'est Noël Mamère qui se porte candidat. Pour la première fois, les Verts passent le cap des 5% des suffrages.
Dominique Voynet est élue candidate des Verts à la présidentielle de 2007 le 18 juillet 2006. Trois mois durant, le parti, très divisé, a mené des négociations pour savoir quel représentant politique serait à même de mener à bien la campagne. Noël Mamère n'a pas voulu entrer dans la course. Les élections à l'intérieur du parti ont opposé la sénatrice de Seine-Saint-Denis, Dominique Voynet au député de Paris, Yves Cochet. La première l'emporte avec 50,59 % des voix contre 49,41 % pour son concurrent.