Данила Дунаев родился в 1981 году в городе Москва. Рос в семье советского фехтовальщика, многократного чемпиона СССР и двукратного чемпиона мира Леонида Дунаева и экономиста Ларисы Дунаевой. В школе будущий актер занимался спортом, посещал занятия по плаванию, вольной борьбе, карате, а также играл на аккордеоне. В спортивной школе при ЦСКА Данила полтора года занимался фехтованием, затем баскетболом, но спортивной карьере предпочёл учёбу в Московском авиационном институте на гуманитарном факультете. Изучал социальную психологию. Получил специальность «менеджер в социальной сфере». Активно играл в КВН.

Окончив МАИ, поступил в Театральный институт имени Бориса Щукина на актёрский факультет на курс Юрия Шлыкова. На 3-ем курсе его заметил и пригласил на главную роль Анатолий Мукасей в продолжение «Тайн дворцовых переворотов».

Помимо актёрской деятельности Данила работает в качестве ведущего шоу-программ, преподаёт детям актерское мастерство в детском музыкальном театре «Домисолька». В 2004-2006 годах актёр состоял в труппе театра имени Е.Вахтангова. В 2006 году окончил Театральное училище имени Б.Щукина. В 2006-2007 работал актёром в театре имени Маяковского.

В 2013 году Данила был преподавателем по актёрскому мастерству участников проекта «Один в один» на Первом канале. В 2014 году повторно приглашён на роль преподавателя по актёрскому мастерству в другой проект - шоу перевоплощений «Точь-в-точь» на Первом канале.

Драматический талант актера раскрылся в образе доктора Базанова, специалиста по экстракорпоральному оплодотворению, в 16-серийном телесериале Первого канала «Тест на беременность», где с участием Данилы и его партнёрши Светланы Ивановой разворачивается одна из главных любовных линий сюжета.

В феврале 2015 года принял участие в проекте «Точь-в-точь» в качестве участника, за песню «You’re in the Army Now» из репертуара рок-группы Status Quo в образе Фрэнсиса Росси получил восторженные отзывы жюри и максимальные баллы, однако победительницей этапа стала Азиза.