Nació en La Habana (Cuba) en 1902. Hija de una familia de la burguesía habanera, tuvo cuatro hermanos, viviendo todos en el ambiente ilustrado y culto creado por sus padres y habitando en una espléndida mansión de la capital cubana.

Los Loynaz tuvieron correspondencia con Federico García Lorca. Incluso éste llegó a regalarles, en una de sus estancias en la casa familiar, donde escribió "El público", un manuscrito sobre un drama escénico, que luego uno de sus hermanos, que enloqueció, habría de quemar en uno de sus ataques. También fueron visitados por Juan Ramón Jiménez y la chilena Gabriela Mistral.

En 1919, aparecen en el periódico "La Nación" sus primeros versos publicados: Vesperal e Invierno.

En 1920 viaja a los Estados Unidos, de cuyo viaje volvió bastante impresionada y afectada.

De nuevo en La Habana, ejerció el periodismo y fue colaboradora de "Orígenes", la más importante revista cultural cubana de los años cincuenta.

Se doctoró en Derecho Civil en 1927. Al año siguiente comenzará a escribir su novela "Jardín", que concluiría siete años después. Publicada en 1951, es considerada su obra maestra y tenida como la pionera del realismo mágico.

En 1929 visita Turquía, Siria, Libia, Palestina y Egipto. Basado en su visita a Luxor y a la tumba del faraón, escribirá su poema "Carta de amor al Rey Tut-Ank-Amen".

Su segundo libro, "Juegos de Agua", vio la luz en 1947. Es condecorada en España con la Cruz de Alfonso X el Sabio y empieza a publicar, en el periódico El País, una serie de crónicas de viajes desde Europa, con el título de "Impresiones de un cronista".

Después de haber viajado a las islas Canarias para visitar a la familia de su compañero Pablo Álvarez de Cañas, publicó en 1958 "Un verano en Tenerife", texto definido por ella como el retrato de un tiempo feliz, de una pasión sin barreras, escrito por una mujer enamorada.

Dulce María vivió siempre en el barrio habanero de "El Vedado". A pesar de gozar de un amplio prestigio internacional la autora prefirió mantener su residencia en la isla porque, según sus propias palabras, "es más bien la tierra la que reclama al escritor y no el escritor quien reclama la tierra".

Después de una intensa vida llena de viajes y publicaciones, durante casi treinta años no publicaría ni saldría de Cuba y apenas si puso un pie fuera de la casona familiar. Este hecho la fue envolviendo en un halo de misterio.

Respetada siempre por la revolución castrista, fue presidenta honoraria de la Academia Cubana de la Lengua Española y Doctora Honoris Causa por la Universidad de la Habana.

En 1988 recibió el Premio Nacional de Literatura de su país y un año después fue condecorada con la Orden Félix Varela, la más alta distinción que concede el gobierno cubano a los intelectuales.

Desde 1968 fue miembro de la Real Academia de la Lengua Española y en 1992 recibe el Premio Cervantes. Fallece, casi ciega, el año 1977 en La Habana.

Para su muerte sólo pidió que la enterraran de blanco, con la bandera cubana y muchas flores, y que tocaran el Himno Invasor, escrito por su padre, general del ejercito en las guerras de independencia contra España.