丁美媛出生于辽宁省大连市金州区杏树街道姚家村。12岁时，学校成立了举重队，年仅17岁的体育老师石英吉发现丁美媛是棵好苗子，并在丁美媛父亲的大力支持下，丁美媛不顾母亲的极力反对毅然决然地选择了举重。1991年入选大连市举重队，启蒙教练潘义鼎。1993年入选辽宁省举重队。
1995年，在第一届亚洲女子举重锦标赛上，获得83公斤以上级挺举和总成绩2枚金牌。1996年，在全国女子举重冠军赛上，获得83公斤以上级抓举金牌，并打破全国纪录。1997年6月，在南非第三届世界青年女子举重锦标赛上，获得83公斤以上级抓举、挺举、总成绩3枚金牌，并以109公斤的成绩刷新108.5公斤的抓举世界纪录；1997年10月，在上海第八届全运会女子举重比赛中，以307.5公斤的成绩打破女子83公斤以上级总成绩全国纪录及世界纪录，并获第一名；其中抓举比赛中以137.5公斤的成绩打破全国纪录及世界纪录，在挺举比赛中以170公斤的成绩打破全国纪录及世界纪录。1998年5月，参加在
匈牙利塞克萨德市举行的第十七届世界杯举重赛
总决赛，以265公斤的成绩获女子75公斤级总成绩冠军，并以118公斤的成绩打破女子75公斤级抓举117.5公斤的世界纪录；还以271.19分的成绩获女子总积分冠军。1998年12月，在曼谷举行的第十三届亚运会女子举重比赛中，获得75公斤以上级抓举、挺举、总成绩3枚金牌，并打破抓举和总成绩世界纪录。1999年5月，参加在日本千叶举行的世界大学生举重锦标赛，以121公斤的成绩打破女子75公斤以上级抓举世界纪录，以156公斤的成绩打破女子75公斤以上级挺举世界纪录，以272.5公斤和275公斤的成绩两次打破女子75公斤以上级总成绩世界纪录。1999年9月，参加在西安举行的第四届
城运会举重比赛，获女子75公斤以上级总成绩第一名。1999年11月，在希腊举行的第十三届世界女子举重锦标赛中，获得75公斤以上级抓举、挺举、总成绩3枚金牌，并刷新挺举和总成绩2项世界纪录；在世界大学生运动会和西安第四届全国城运会举重比赛中，均获金牌。2000年5月，参加在日本
大阪举行的亚洲举重锦标赛，以挺举160.5公斤的成绩打破女子75公斤以上级挺举世界纪录。2000年9月， 在悉尼举行的第二十七届奥运会女子举重比赛中，以300公斤的总成绩夺得75公斤以上级金牌，并打破抓举和总成绩2项世界纪录。2001年，在广州第九届全运会女子举重比赛中，获得75公斤以上级金牌。2003年，在加拿大举行的世界举重锦标赛上，以抓举137．5公斤、挺举162.5公斤、总成绩300公斤的优异成绩夺得75公斤以上级抓举、挺举、总成绩3枚金牌，并2次打破该级别抓举世界纪录。2005年10月，在南京举行的第十届全运会女子举重比赛中，以305公斤的总成绩夺得75公斤以上级金牌。
2008年7月19日，丁美媛作为中国体育界的杰出代表参与
2008年北京奥运会的火炬接力活动。