Родилась в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург).

В 1956 году – окончила Школу-студию МХАТ.

В 1956-1959 годах - работала в ленинградском Театре имени Ленинского Комсомола (ныне Театр-фестиваль «Балтийский дом»), где исполняла роли: Женьки Шульженко в «Фабричной девчонке» Александра Володина, Вавки в «Маленькой студентке» Николая Погодина, Ольги в «Обломове» Ивана Гончарова.

В 1959-1966 годах - была ведущей актрисой Большого драматического театра имени М. Горького (ныне имени Г.А. Товстоногова).

В 1966-1972 годах - работала в МХАТе имени М. Горького.

В 1972-1983 годах - играла в Московском академическом театре имени В. Маяковского.

В 1983-1987 годах - вновь работала в МХАТе имени М. Горького.

С октября 1987 года – художественный руководитель МХАТ имени М. Горького.

В качестве режиссера Доронина осуществила постановки ряда спектаклей. Среди них «На дне» Горького (1987), «Три сестры» Чехова (1987 и 1998), «Лес» Островского (1993), «Дама-невидимка» Педро Кальдерона (1997), «Униженные и оскорбленные» Достоевского (2000), «Женитьба Белугина» Островского (2006), «Комедианты господина…» Михаила Булгакова (2008).

Большую популярность у зрителей принесли актрисе главные роли в фильмах 1960-1970-х годов – Нади в «Старшей сестре» (1966), Наташи в киноленте «Еще раз про любовь» (1968) Георгия Натансона, Нюры в мелодраме «Три тополя» на Плющихе» Татьяны Лиозновой (1968), Шуры в «Мачехе» (1973) Олега Бондарева. По итогам опроса журнала «Советский экран», в 1967-м, 1968-м и 1973-м годах Доронина была названа лучшей актрисой страны.