Après le suicide de son père, survenu le à Paris, sa mère se trouve confrontée à des tracas avec l'administration fiscale, en raison des dettes laissées par l'acteur[6]. Lola est confiée à ses grands-parents maternels, résidant à Saint-Lambert-du-Lattay (Maine-et-Loire).
Proche ami de Patrick Dewaere, Coluche propose alors à la famille d'être le parrain de baptême de Lola et de subvenir à ses besoins. Mais il se voit opposer un refus catégorique des grands-parents[7]car ils le jugent en partie responsable de la mort de Patrick Dewaere.
Élève éveillée mais souvent dissipée[10], Lola connaît une scolarité difficile. Au cours de son enfance, elle développe certains complexes, notamment en raison de sa grande taille, de l'ambition que ses grands-parents ont pour elle et des fréquentes références à son père. Durant sa préadolescence, elle retourne vivre avec sa mère à Paris et poursuit sa scolarité à l'école privée catholique Saint-Michel-de-Picpus, à partir de la 5e. Considérée comme rebelle et refusant de se plier à l'autorité, elle se voit renvoyée[réf. nécessaire]. À cette période, comme elle le révèle elle-même lors d'interviews, tout sujet relatif à son père est tabou. Toutefois, sa mère évoque parfois son suicide en des termes que Lola qualifie de « très crus », indiquant qu'il s'est tiré une balle dans la bouche.
En 1997, à sa majorité, Lola s'inscrit au cours Florent pour y suivre une formation de comédienne. Après un grave accident de voiture survenu en 2001, elle se retrouve devoir subvenir à ses besoins. Elle commence à travailler pour le magazine féminin Jalouse, puis trouve un emploi dans l'immobilier.
En 2007, elle démissionne pour se lancer dans la carrière de comédienne.
À l'été 2010, elle accepte le rôle principal de la pièce La Biscotte d'Antoine Beauville et se produit au théâtre Le Temple à Paris[11].
L'année suivante, elle est choisie par Charlotte de Turckheim pour camper l'un des personnages principaux de la comédie Mince alors ![12], aux côtés de Victoria Abril. Le film est un succès populaire, totalisant 1 384 236 entrées France[13].
À compter du , Lola Dewaere remonte sur les planches pour interpréter le rôle principal de la cantatrice Maria Callas dans sa jeunesse, dans la pièce La Véritable Histoire de Maria Callas, à Paris, au Théâtre Déjazet. À ses côtés, Pierre Santini et Andréa Ferréol lui donnent la réplique[15].
Pour la télévision, dès 2019, elle interprète l'enquêtrice Raphaëlle Coste, l'un des rôles principaux de la série Astrid et Raphaëlle, au côté de Sara Mortensen, diffusée sur France 2.
Sur la même chaîne, la même année, elle tient également le rôle de « Marianne Lewen » dans la série La Dernière Vague.
En 2020, elle rejoint la distribution de la série Peur sur le lac sur la chaîne TF1.
Sur Instagram, le 13 mars 2022, elle fait part de problèmes de santé qu’elle estime être des effets secondaires imputables aux vaccins contre le coronavirus, qui handicapent son travail de tournage[16].
Le 19 mai 2022, le long-métrage documentaire Patrick Dewaere, mon héros est projeté dans le cadre du 75e Festival de Cannes, sélection « Cannes Classics 2022 », en avant première, à l'occasion du 40e anniversaire de la disparition de l'acteur[17]. Lola Dewaere assure le commentaire du documentaire consacré à son père[18].
À partir du mois de mars 2024, en complément des rôles qu'elle tient dans plusieurs séries télévisées, Lola Dewaere interprète Mademoiselle Holmes dans la série policière éponyme diffusée pa TF1[2].
L'actrice a soutenu en 2023 le mouvement contre le projet sur les retraites, participant aux manifestations. Lors du tournage de "Mademoiselle Holmes", une nouvelle série pour TF1 à Nantes, elle a posté une photo d'elle avec une pancarte sur Instagram, le 6 avril 2023 et en légende : « débrayage contre la réforme des retraites, nous arrêtons le tournage pendant 1 heure. Cessation collective et concertée des salariés »[20].
↑Identité complète figurant sur l’acte de décès de l’acteur Patrick Dewaere, no 208-1982 de l'état civil de la mairie du 14e arrondissement de Paris, établi le .