丁柳元在当演员之前学的是商务管理，是中国航空公司的一名职员。然而，喜欢唱歌的丁柳元总觉得自己还能做点儿别的工作。一次偶然的机会，她遇到一位编剧朋友建议她考表演系。于是，20岁的她毅然辞职，参加高考补习班，报考解放军艺术学院、北京电影学院和中央戏剧学院这三所艺术院校。并收到了北京电影学院和解放军艺术学院两所学校的录取通知，最终，丁柳元选择了军艺。军艺毕业后，丁柳元顺利进入八一电影制片厂。
1999年，参演话剧《绿荫里的红塑料桶》获得第七届全军文艺汇演“个人表演单项奖” 。2001年，参演首部电视剧《沉浮》
2003年4月，参演电视剧《走向共和》，饰演田沫。2005年，在何冰主演的电视剧《敌后武工队》。
2006年11月，参演电视剧《别和陌生人跳舞》，饰演乔方方 。
2010年7月，主演电视剧《江姐》，获得中国电视金鹰奖”优秀女演员奖，被誉为第三代“江姐” ；参演电视剧《和婆婆一起出嫁》
2011年，与郭涛、温兆伦主演电视剧《节振国传奇》 ；凭借谍战剧《夜隼》获得第二十五届解放军电视金星奖优秀女演员奖 ；同年，在电影《忠诚与背叛》中饰演杨开慧；5月，在舞台剧《大地铭记》中再次出演江姐一角 。
2012年，与王志飞主演以原中共四川省万源市组织部长李林森为蓝本的电影《雨中的树》，饰演李林森的妻子向琪 ，9月，参演电影《我最好的朋友江竹筠》，再次饰演江竹筠 ；11月，与刘佩琦、娜仁花等主演的电视剧《杨善洲》在央视八套电视剧频道黄金档播出，丁柳元在剧中饰演省城女作家叶紫，一人贯穿全剧故事发展的始末 。
2013年1月，参演电影《小小飞虎队》，饰演地下交通员辣嫂 ；同年，获得第十四届中国电影表演艺术学会奖金凤凰奖的“最受欢迎女演员奖”；第八届“全国德艺双馨电视艺术工作者”“德艺双馨”称号 。
2015年，主演电影《伞头和他的女人》，获中加国际电影节“最佳女演员奖” 。
2016年，凭借在电视剧《海棠依旧》中扮演的孙维世一角，获得解放军“金星奖”最佳女演员奖。
2018年，因在电视剧《初心》中饰演龚全珍，获得中国电视金鹰奖“观众喜爱的女演员奖” 。
2020年8月8日，电影频道联合中国体育彩票推出的脱贫攻坚主题公益纪实类节目《温暖有光放映队》在CCTV-6播出
2021年5月15日，联合主演的历史革命题材电视剧《中流击水》在CCTV1、央视频播出 ；7月23日，与郭晓东共同主演的电影《我的父亲焦裕禄》在全国上映 。
生活中的丁柳元爱好书法、绘画，擅长丹青，尤其对篆刻章印喜爱有加 。
2014年画作《励志图》参加“情深艺长～第三届海峡两岸电视艺术节暨首届海峡两岸艺术家书画展”。同年，画作《牧春》《天行健》参加“共圆中国梦～庆祝中华人民共和国成立六十五周年～中国当代百名表演艺术家书画展”。2015年国画作品《紫气东来》参展于“中直青联成立20周年书画作品展”。2016年为摄影集《记忆之海》写序，创作的画作《猴》被录入书中。2016年美术作品水墨画作《心》入选“情深谊长——第五届海峡两岸电视艺术节暨海峡两岸艺术家书画摄影展”。2016年画作《成长》入选《2016年纪念长征胜利80周年中国当代艺术家书画展》。2017年画作《和美》参加“纪念香港回归20周年画展”。[35-37]
2015年12月23日，作为嘉宾出席了第30届中国电视剧飞天奖典礼。
2020年12月18日，中国视协电视界职业道德建设委员会在京成立，担任委员会副秘书长、委员。
丁柳元在2009年电视剧《江姐》以及2011年电影《我最好的朋友江竹筠》里分别出演过江姐，两个角色均深入人心，她由此被誉为荧屏第三代江姐（网易娱乐评） 。丁柳元表演跨度大，塑造角色细腻入微：《雨中的树》里朴实而自然的充满奉献精神的公仆妻子的角色，《小小飞虎队》颇有几分麻辣女性感觉的地下交通员辣嫂，性格各异（新浪娱乐评） 。
