Dobrev sündis Sofias, Bulgaarias ja kolis kaheaastasena Kanadasse, kus teda kasvatati Torontos, Ontarios. Ta ema on kunstnik ning isa arvutispetsialist. Tal on üks vanem vend, Aleksander, kes õpib inseneriks. Ta käis J. B. Tyrrell Sr. avalikus koolis ja Wexford Collegiate School for the Arts Scarboroughis, Ontarios. Juba väga noorelt näitas ta suurt entusiasmi ja talenti tantsimise, võimlemise, teatri, muusika, kujutava kunsti ja näitlemise vastu. Dobrev käis Dean Armstrongi näitlemiskoolis Torontos, kus mitmed talendikütid avastasid ta.

Modelli töö viis reklaamideni ning seejärel filmide prooviesinemisteni. Veidi aja pärast ta sai rolle mängufilmides, nende seas "Fugitive Pieces”, "Away from Her”, "Never Cry Werewolf”, ja telesarjas "Degrassi kool ja tema noored”. Lisaks oli ta MTV filmis "The American Mall”. Hetkel mängib ta peaosa CW Televisiooni draamas "The Vampire Diaries”, mängides kaksikrollis Elena Gilbertit ja Katherine Pierce’i, vampiiri, keda samad vennad mõlemad armastasid sel ajal kui nad olid veel inimesed, Ameerika kodusõja ajal. Lisaks oli tal roll erootilises trilleris "Chloe”, mis anti välja Sony Pictures Classics’i poolt 26. märtsil 2010. Film haaras $3 000 000 USAs teatraalselt ja sai üheks sai üks kõrgema laiendusteguritega erialafilme USA-s 2010. aastal.

Dobrev käis Wexford Collegiate School for the Arts Torontos kuni lõpetamise aastani. Ta käis teisejärgulistel õpingutel Ryerson Ülikoolis Torontos, põhiaineks sotsioloogia, enne väljalangemist 2008. aastal, et jätkata oma näitlemiskarjääri. Hetkel on Dobrev koos oma kaasstaari Ian Somerhalderiga.