Dakota Goyo lahir di Toronto, Kanada, dari pasangan Debra Goyo dan David Goyo. Ia memiliki keturunan Italia dan Skotlandia, serta anggota keluarga yang juga berprofesi di dunia akting, seperti saudara-saudaranya Devon dan Dallas Goyo.

Sejak bayi, Dakota sudah tampil di iklan komersial. Pada umur 5 tahun, ia memulai debut televisinya lewat pilot Ultra (2006), menunjukkan bakat alami, ekspresi emosional yang kuat, dan kemampuan menghafal skrip sejak usia dini. Ini membantunya mendapatkan banyak peran di serial dan animasi.

Kariernya terus berkembang dengan peran utama dan pemeranan di berbagai acara televisi, seperti JoJo's Circus, Super Why!, The Murdoch Mysteries, dan Arthur. Ia juga membintangi pilot Solving Charlie sebagai Charlie, anak yatim ber IQ 190 yang membantu adiknya memecahkan kejahatan.

Dalam dunia film, Dakota meraih perhatian besar saat berperan sebagai Teddy Kernan dalam Resurrecting the Champ (2007) di usia 6 tahun, mendapatkan pujian dan nominasi Young Artist Award. Pada usia 7 tahun, ia tampil bersama Susan Sarandon dan Christopher Plummer di Emotional Arithmetic.

Pada usia 9 tahun, ia memainkan Jack Carter dalam Defendor (2009) berlawanan Woody Harrelson. Lalu, di usia 10 tahun, ia terpilih memerankan Max dalam Real Steel (2011), produksi Steven Spielberg, dan menyabet Young Artist Award serta nominasi Saturn Award.

Selain itu, Dakota turut membintangi Thor (2011) sebagai Young Thor, serta suara Jamie di Rise of the Guardians (2012). Ia juga tampil di R.L. Stine's The Haunting Hour dan dinominasikan untuk Emmy di usia 12 tahun.

Pada tahun 2012, ia bermain sebagai Young Noah dalam film Noah karya Darren Aronofsky, dan di tahun berikutnya, memerankan Jesse dalam Dark Skies. Di usia 13 tahun, ia menjalani peran utama dalam Midnight Sun, mengisahkan perjuangan menyelamatkan seekor beruang kutub kecil di Kutub Utara.