A finales de la década de 1960, inspirada por la cantante Janis Joplin, Donna se unió como vocalista a un grupo de rock psicodélico. En 1968, Donna se presentó a una audición para participar en el musical Hair en Brodway, pero el papel lo consiguió Melba Moore. En 1971, mientras aún utilizaba su nombre de nacimiento Donna Gaines, editó su primer sencillo, una versión de la canción "Sally Go 'Round the Roses" originalmente interpretada por el conjunto de R&b The Jaynetts; sin algún éxito comercial.
En 1972 contrajo matrimonio con el actor austríaco Helmuth Sommer, con el cual concibió en 1973 una hija llamada Mimi. Debido a problemas causados por las frecuentes ausencias de su marido, Donna se divorció, cambiando su apellido alemán "Sommer" al inglés "Summer"
A principios de la década de 1970, mientras trabajaba como corista de la banda estadounidense Three Dog Night, Donna Summer conoció a los productores Giorgio Moroder y Pete Bellotte. Fue contratada por la compañía europea Groovy Records, con quien editó en 1974 su primer álbum titulado Lady Of The Night. A pesar de su nula repercusión en EE.UU., el álbum tuvo éxito considerable en algunos países europeos, principalmente por el sencillo "The Hostage" que alcanzó el número uno en Bélgica y número dos en Holanda.
El despegue de Summer se debió a la canción "Love To Love You Baby". Moroder y Bellotte tenían reservada esta melodía para otra intérprete, pero fue Donna quien propuso el título y la letra, y les convenció para grabarla. En ella Summer incluyó atrevidos jadeos y gemidos propios de un orgasmo y se cuenta que para grabarlos pidió un ambiente íntimo y apagar las luces del estudio. Esto hizo pensar que las sensaciones sugeridas en la canción eran reales; reseñas de la revista Time llegaron a cuantificar 22 orgasmos dentro de la canción, lo que resultó un escandalo para la época.
Neil Bogart, presidente de la firma Casablanca Records. Bogart, conocido por sus lujosas fiestas, puso a prueba la canción haciéndola sonar en una de sus celebraciones; la reacción de los invitados fue tan entusiasta, que reclamaron que sonase una y otra vez. El directivo se puso en contacto con Moroder y Summer, anunciándoles que lanzaría la canción pero que necesitaba una versión extensa para el baile en discotecas. Recibió una versión de 17 minutos de duración, que no cabía en un disco de vinilo de tamaño single y que tuvo que editarse en otro de 12 pulgadas: el maxi-single, formato del que Donna Summer resultó ser pionera.
Debido a su belleza y por las sugerencias de sus canciones, Donna transmitía una imagen seductora y provocativa que no reflejaba su carácter real, más bien discreto. Sus canciones reinaban en las pistas de baile y se asociaban al desenfreno nocturno de clubes como Studio 54, se trataba de la época dorada de la música disco, Donna desplazó a Gloria Gaynor que hasta ese entonces ostentaba el título de la Reina de Las Discotecas.
En 1978 participa como actriz en la película musical Thank God it's Friday, cuyo tema principal "Last Dance" fue interpretado por Donna convitiéndose en otro gran éxito en la radio y fue ganadora del Oscar a la mejor canción, Donna apareció en la entrega de los premios de la academia e interpretó de manera magistral la canción y ganó además un premio Grammy.
Pero Donna no disfrutaba plenamente de tanto éxito: cayó en etapas de ansiedad y depresión que le llevaron a consumir tranquilizantes y otras drogas recetadas. Terminó haciéndose adicta a ellas y tuvo que recibir tratamiento.
Durante la década de los 90 Donna Summer lanzó algunas canciones inéditas como "Carry On", que supuso su reencuentro con Giorgio Moroder; una remezcla de esta canción en 1997 supondría otro premio Grammy en la carrera de la cantante. En 1990 y 1993 se publicaron dos recopilaciones de sus éxitos y en 1991 Donna se atrevió con el sonido new jack swing publicando el álbum Mistaken Identity. En 1994 se acercó al gospel con el disco navideño Christmas Spirit.
A finales de esa década, se comentó que se preparaba un musical sobre la vida de la cantante (My Life), un proyecto que finalmente no logró hacerse realidad. Donna Summer participó esporádicamente en televisión, asistiendo en 1994 y 1997 a varios capítulos de la serie estadounidense Cosas de casa donde interpretaba a Tía Oona.
El 17 de mayo de 2012, Donna Summer murió a los 63 años de edad, tras padecer cáncer durante años.