Dorothy Garrod nait le 5 février 1892 à Londres. Elle grandit entourées de savants ; son grand-père, son oncle et son père sont tous membres de la Royal Society. Après de longues études classiques, elle est admise à l’université de Cambridge, puis entre à Newnham College où elle passe une licence d’histoire. Ses dernières années d'études coïncident avec les premières années de la guerre. En 1916, elle décide de s’engager dans les cantines de l’armée et sert jusqu’en 1919 du nord de la France au bord du Rhin. La paix revenue, elle rencontre l’ethnologue et anthropologue Robert Marett (1866-1943) qui l’entraîne vers l’ethnologie comparée.
En 1921, après l’obtention d’un diplôme d’anthropologie, une bourse de voyage lui permet de partir quelques mois en France. Elle visite des cavernes ornées pyrénéennes avec le comte Begouen et rencontre l’abbé Henri Breuil à Ussat (Ariège) qui l’emmène visiter les grottes de Niaux. Sous son égide, elle aborde l’année suivante l’étude du paléolithique à l’Institut de Paléontologie Humaine de Paris, alors dirigé par Marcellin Boule. C’est au cours de cette période de formation (1922-1924) qu’elle se lie d’amitié avec le Père Teilhard de Chardin et d’autres personnalités du monde scientifique de l’époque. Guidée par le Dr H. Henri-Martin elle débute dans la fouille à la Quina, puis suis un stage aux Eyzies sur les chantiers de Denis Peyrony.
De retour en Angleterre, elle parcourt le pays, de Victoria Cave à Kent’s Cavern, contrôlant par l’observation sur le terrain toutes les sources écrites. À la suite de ces prospections, elle fait paraître en 1925 son premier ouvrage, consacré au Paléolithique supérieur en Grand Bretagne, première synthèse sur la question qui selon l’abbé Breuil comble une véritable lacune de la littérature scientifique. En ce milieu des années vingt, elle effectue de nouveau quelques voyages en France, en particulier chez les Saint-Périer qui explorent les gisements autour de Lespugue.
En 1926, sur les conseils de l’abbé Breuil, elle entreprend ses premières fouilles à Devil’s Tower au pied du Rocher de Gibraltar. Elle y découvre le crâne d’un enfant néandertalien, associé à une industrie moustérienne, ce qui lui permet de préciser pour la première fois la chronologie du paléolithique supérieur de la péninsule.
À l’automne 1927, D. Garrod est invitée à se joindre à la commission internationale chargée d’émettre un avis sur l’authenticité du site archéologique de Glozel (Allier) découvert trois ans plus tôt par Emile Fradin. En janvier 1928, la commission conclut à la non ancienneté de l’ensemble des documents qu’elle a pu étudier à Glozel et soulève un tollé.
Début 1928, elle quitte l’Europe pour la Palestine avec pour projet de tenter de préciser la chronologie du paléolithique de la région. Elle est accueillie à Jérusalem par le Père Louis-Hugues Vincent (1872-1960), archéologue Français, moine dominicain, enseignant à l'École biblique et archéologique française de Jérusalem. Ce premier voyage marque le début d’une longue et brillante carrière de 36 ans dans les pays du Levant. Dès son arrivée, D. Garrod, soutenue par la British School of Archaeology, explore la grotte de Shukbah, près de Ramleh signalée dès 1924 par le Père Alexis Mallon (1875-1934). Elle y découvre l’existence du Mésolithique palestinien qu’elle nomme plus tard « Natoufien » et y exhume de nombreux ossements humains. Durant l’automne 1928 et jusqu’à Noël, elle poursuit ses recherches sur le paléolithique en Irak (Kurdistan du sud), repère des sites aux environs de Sulaimani et effectue quelques sondages dans les grottes de Hazar Merd et Zarzi (industries paléolithiques). Après cette expédition, elle se voit confier les fouilles des grottes du Mont Carmel (Wady el-Mughara), menacéés de destruction par une exploitation de carrière.
La fouille des grottes (M. es-Skhul, M. el-Wad, M. et-Tabun) s’étale sur sept campagnes (1929 à 1934) durant lesquelles la British School of Jerusalem et l’American School of Prehistoric Research collaborent étroitement. Ces travaux permettent à D. Garrod d’établir définitivement dans ses grandes lignes, la succession stratigraphique de l’âge de pierre en Palestine, allant du « Tabounien » au « Natoufien ». Le résultat des recherches est consigné dans le premier volume de : « Stone Age of Mont Carmel » (1937). La parution de l’ouvrage fut selon S. Cassou de Saint-Mathurin, un événement marquant : « Dorothy Garrod tentait de replacer les sédiments des couches, minutieusement décrits et observés, et la faune dans le schéma de l’évolution climatique élaboré par L. Picard. Si le tableau de la distribution au Carmel des espèces animales dans le temps, qu’elle proposait en accord avec D. Bates parait aujourd’hui trop simpliste, ce soucis d’éclairer les problèmes sous plusieurs angles, l’excellence de l’analyse des industries pour la plupart nouvelles, la précision des plans, que Dorothy Garrod levait elle-même, des coupes et des repères, faisaient à l’époque du premier volume de ce mémoire un ouvrage d’avant-garde dans le domaine scientifique. Il demeure la pierre angulaire de la préhistoire palestinienne » (L’Anthropologie-1970).
En 1935, afin de trouver des jalons entre les industries du Proche-Orient et de l’Europe, D. Garrod monte deux expéditions, l’une en Anatolie, l’autre dans les Balkans. La fouille de la grotte de Bacho-Kiro en Bulgarie permet d’esquisser une séquence du paléolithique de la région, mais le matériel récolté s’avère insuffisant pour pouvoir établir les comparaisons escomptées.
Depuis 1933, D. Garrod retrouve chaque hiver Newnham College (Université à Cambridge, Angleterre) où elle est chargée de diriger les études archéologiques. Elle obtient dans le courant des années 30 le grade de Docteur ès Science de l’université d’Oxford et le 1er octobre 1939, est nommée Disney Professor à Cambridge. Elle est alors la première femme titulaire d’une chaire dans cette université.
En 1940, la guerre éclate. D. Garrod s’enrôle dans la section féminine de la R.A.F. et travaille jusqu’à la fin du conflit au centre d’interprétation photographique de l’armée de l’air. Après la guerre, elle retrouve sa chaire de Cambridge et à partir de 1948 collabore pendant ses vacances, à la fouille de l’abri du Roc-aux-Sorciers (Vienne) avec Suzanne Cassou de Saint Mathurin.
En 1953, elle décide de résigner sa chaire afin de se consacrer davantage aux travaux de terrain, se fixe à « Chamtoine », près de Villebois-Lavalette (Charente), mais gagne régulièrement le Moyen-Orient. Cette année-là, D. Garrod retourne à Jérusalem où elle est l’hôte de l’École Américaine. Elle complète le travail sur les grottes d’Emireh et de Kebarah que son coéquipier de la première heure, Francis Turville Petre n’eut le temps d’achever. À partir de 1958, avec l’autorisation et l’appui de l’Émir Maurice Chebab, accueillie par l’Institut français de Beyrouth, elle mène des sondages sur les sites côtiers du Liban, abri Zumoffen, grottes du Ras-El-Kelb (avec G. Henri-Martin) et du Bezez (avec Diana Kirkbride et James Skinner). « Elle y découvr[e] les plages soulevées qu’elle y cherchait, en relation avec les industries yabroudiennes et levalloiso-moustériennes » (L’Anthropologie-1970).
De 1963 à sa disparition, le 18 décembre 1968, à Cambridge Dorothy Garrod s’attelle à la préparation de la publication de ses derniers travaux au Liban. Elle n’eut pas le temps de mener ce travail à bien. C’est son équipe qui s’en est chargée dans les années qui ont suivi son décès.
