Tochter der Fromet geb. Gugenheim und des Philosophen Moses Mendelssohn. 1778 heiratete sie auf Wunsch der Eltern den Berliner Bankier Simon Veit. 1798 wurde die Ehe geschieden. Seit 1797 war sie mit dem Schriftsteller Friedrich Schlegel (1772-1829) befreundet, dem sie nach ihrer Scheidung nach Jena folgte, wo sie beide gemeinsam mit August Wilhelm Schlegel und dessen Frau Caroline lebten. 1802 begleitete sie Friedrich Schlegel nach Paris. Dort ließ sie sich 1804 evangelisch taufen und heiratete Friedrich Schlegel. In Köln konvertierte sie 1808 zusammen mit ihrem Mann zum Katholizismus. Sie lebte später in Wien, Frankfurt und Dresden. Nach dem Tod ihres Mannes (1829) lebte sie seit 1831 bei ihrem Sohn, dem Maler Philipp Veit, in Frankfurt.
Dorothea Schlegels schriftstellerische Tätigkeit stand im engen Zusammenhang mit dem romantischen Kreis in Jena um 1800. Ihr einziger Roman »Florentin« wurde 1801 von Friedrich Schlegel ohne Nennung der Verfasserin veröffentlicht. Daneben verfaßte sie noch kleinere Beiträge und Übersetzungen.