Dommartinova je svojo igralsko kariero začela v gledališču, nato pa si je filmske izkušnje nabirala kot asistentka režiserja Jacquesa Rozierja. V filmu se je prvič pojavila kot trapezistka Marion v Nebu nad Berlinom Wima Wendersa iz leta 1987. Z Wendersom, par sta bila tudi v zasebnem življenju, je sodelovala še pri filmih Do konca sveta iz leta 1991 in Tako daleč, tako blizu iz leta 1993. Igrala je tudi v dveh filmih francoske režiserke Claire Denis in leta 1998 režirala kratki film Zadostoval bi most.