Dorothy Hill est née à Brisbane et poursuit ses études dans une école de filles de cette ville. Après le lycée, elle ne peut intégrer l'école de médecine dans l'Université du Queensland comme elle le souhaite mais, grâce à une bourse, elle suit des études de chimie. Elle poursuit, sur les conseils de son professeur Henry Caselli Richards(en) (1884-1947), en géologie. Elle est diplômée en 1928 et reçoit un premier prix scolaire et la médaille d'or de l'université pour mérite exceptionnel. Elle obtient une bourse pour étudier au Sedgwick Museum of Earth Sciences(en) de Cambridge.
Dorothy Hill obtient son doctorat à Cambridge en 1932 sur les coraux d'Écosse du Carbonifère. Elle reste en Angleterre durant sept années, éditant plusieurs papiers importants sur les Rugosa. De retour en Australie, elle étudie les couches stratigraphiques et les coraux d'Australie-Méridionale. Ses travaux sur les coraux du Paléozoïque sont considérés comme une norme.
