2002年，10岁的卡拉·迪瓦伊登上时尚杂誌《Vogue》的义大利版，演绎了以菲利普·崔西帽子为主题的广告。2009年，卡拉·迪瓦伊签约Storm模特经纪公司。

2012年，首次亮相于伦敦时装周；同年，参加维多利亚的秘密内衣秀，并且受到了卡尔·拉格斐的赏识，多次牵手卡尔·拉格斐为时装秀谢幕；11月，在英国时尚大奖中被选为年度模特。2013年，参加维多利亚的秘密内衣秀。2014年，卡拉·迪瓦伊退出了维多利亚的秘密，转而出席香奈儿秋冬内衣秀。

2015年，在福布斯公布的“全球最赚钱超模榜单”中，她以年收入900万美元排行第二名；8月，卡拉·迪瓦伊宣布正式离开模特界，转型成为演员。

2012年，参演个人首部电影《安娜·卡列尼娜》。2014年，主演由麦可·温特伯顿执导的悬疑电影《天使脸庞》；12月，在卡尔·拉格斐掌镜的香奈儿手工坊献礼短片《reincarnation》中，她饰演了茜茜公主，并且与法瑞尔·威廉士合唱了歌曲《cc the world》。

2015年4月，在泰勒·斯威夫特的歌曲MV《bad blood》中客串；7月24日，与纳特·沃尔夫共同主演的爱情悬疑电影《纸镇》在美国上映，饰演热爱冒险、勇敢漂亮的少女玛戈，她凭藉该片获得第17届青少年选择奖-最具突破影人奖；10月22日，参演的奇幻冒险电影《小飞侠：幻梦启航》在中国大陆上映，该片由乔·赖特执导。

2016年8月5日，与杰瑞德·莱托、威尔·史密斯等联合出演的科幻动作电影《X特遣队》在美国上映，饰演拥有神祕力量的女巫琼‧谬恩，她凭藉该片获得第18届青少年选择奖最受期待女演员奖；同年，与克里斯托弗·瓦尔兹、艾丽西卡·维坎德等合作出演根据戴伯拉·莫盖茨同名小说改编而成的爱情电影《郁金香狂热》。

2017年4月25日，与贾登·史密斯搭档主演由Mitja Okorn执导的剧情电影《一年人生》；7月，发布个人首支单曲 《I Feel Everything》的MV；7月21日，与戴恩·德哈恩搭档主演由吕克·贝松执导的科幻电影《星际特工：千星之城》，饰演倔强、强势、高傲的星际女特工洛瑞琳；9月30日，与奥兰多·布鲁姆合作主演犯罪悬疑剧《仙境谋杀》，饰演精灵生物Vignette Stonemoss；同年，与艾梅柏·希尔德、提奥·詹姆斯联合主演改编自马丁·艾米斯同名小说的犯罪电影《伦敦场地》。

卡拉·迪瓦伊成长于伦敦的上流社会家庭，她的外祖父Jocelyn Stevens爵士是英国第一家私人广播电台的创建人，《Queen》杂誌的出版人，《Evening Standard》和《Daily Express》两份报纸的总经理；外祖母Janie Sheffield曾是玛格丽特公主的皇家侍女，并在20世纪60年代创办了公主基金会。

父亲是英国地产商查尔斯·迪瓦伊，母亲潘朵拉·史蒂文斯是英国百货店Selfridge的买手总监。卡拉·迪瓦伊的教父是英国康迪纳什集团在印度的总经理Nicholas Coleridge，女演员Joan Collins是她的教母。

卡拉·迪瓦伊是家中最小的孩子，大姐克洛伊·迪瓦伊是一名科学家，二姐波比·迪瓦伊也是模特，并且是香奈儿的品牌大使、英国It Girl。

2014年2月，卡拉·迪瓦伊宣布出柜，与大其14岁的美国女演员米歇尔·罗德里格兹交往；同年，与米歇尔·罗德里格兹分手。

2015年4月23日，卡拉·迪瓦伊在官方Twitter发表声明，正式承认与女歌手St. Vincent的恋爱关係。

卡拉·迪瓦伊热爱音乐，从小就开始学习吉他和架子鼓，她还有Beat-Box技能，从13岁就开始写歌，曾经多次在综艺节目上展示过其音乐才能。

卡拉·迪瓦伊还是一个电玩狂人，《使命召唤》系列是她的最爱，她甚至出演了《使命召唤12：黑色行动3》的宣传片。

2014年4月，卡拉·迪瓦伊与肯达尔·詹娜、吉赛尔·邦辰等模特共同参加了香奈儿的女性宣传活动。

卡拉·迪瓦伊是个与众不同的人，是时尚界中的查理·卓别林，她有那种天赋，就似默片时代中的人物，能够在无声电影中率先发现她，因为她夸张的肢体动作（卡尔·拉格斐评）。她是一个天生的演员（吕克·贝松评），她自出道以来，以鬼马、活泼的形象示人，被誉为凯特·摩丝的接班人，同时她自带摇滚气质（《卫报》评）。

卡拉·迪瓦伊以不拘一格的风格美学、活力四射的个性及无可挑剔的红地毯风格着称（海报时尚网评）。在电影《星际特工：千星之城》中，卡拉·迪瓦伊的精彩表演将洛瑞琳这个角色塑造的十分生动鲜活，把独特的角色魅力及坚毅果敢的性格呈现出来（Mtime时光网评）。

2013年5月，卡拉·迪瓦伊被曝出吸毒丑闻，其经纪公司H&M随后选择终止与卡拉·迪瓦伊的契约。