Ses études secondaires achevées, Dilan Gwyn se rend à Paris pour apprendre le français puis à Londres. Sa décision de devenir actrice étant faite, elle s'envole pour les Etats-Unis dans le but de faire carrière. Après avoir pris part à trois courts métrages, Dilan Gwyn joue dans le film suédois Shoo bre et le film américain Plastic Films. Elle participe ensuite à la série fantastique Da Vinci's Demons le temps de trois épisodes, puis au long métrage Dracula Untold emmené par Luke Evans. 

Dans la série Beyond, mêlant thriller et fantastique, Dilan Gwyn joue l'un des personnage principaux. Ses rôles devenant de plus en plus importants, elle joue dans l'horrifique The Convent puis est choisie par Caroline Fourest pour se glisser dans la peau de l'un des personnages centraux de son film de guerre Soeurs d'armes, où plusieurs jeunes femmes combattent l'extrémisme au Kurdistan. La cinéaste explique à son sujet :

"Elle n’avait pas joué beaucoup de rôles, elle était à l’affiche d’une série pour adolescents, Beyond, mais il était évident qu’elle crevait l’écran. Elle a beaucoup de talent, un regard qui porte le film, et elle s’est beaucoup investie dans ce rôle. Sa mère et son père sont kurdes. Son père était même un journaliste-poète très connu, qui s’est beaucoup battu pour 9 la cause kurde avant de mourir en exil. Ce film est bien plus qu’un rôle pour elle. Une façon d’être fidèle à son père."