Bercée par la musique depuis l'enfance, Domitille Gilon commence le violon très jeune et découvre quelques années plus tard l'expérience d'orchestre et de soliste au sein de l'Orchestre à Cordes des Jeunes de l'Île-de-France, sous la direction d'Yves Pruvot.

Elle se perfectionne ensuite au CRR de Boulogne Billancourt dans les classes d’Agnès Reverdy, Jacques Ghestem et Christophe Poiget. Elle est admise en 2003 dans la classe de ce dernier au Conservatoire national supérieur de musique de Lyon, dont elle sortira diplômée mention Très bien en 2008. Cette même année marquera son entrée à l'Orchestre national d'Île-de-France dont elle est titulaire.

Ses années d'études ont été rythmées par une activité de chambriste conséquente. Par ailleurs très intéressée et investie dans la recherche de répertoires historiques méconnus,

Domitille s'initie au violon baroque. Très vite passionnée par cette expérience, elle étudie avec Hélène Schmitt puis rencontre Lucy van Dael et part étudier au Conservatorium d'Amsterdam, avant de ressortir diplômée du CRR de Paris en 2014 mention très bien, après trois années passées sous l'enseignement de Patrick Bismuth. Parallèlement, elle fonde son ensemble avec le claveciniste Thomas Soltani en 2010. L'ensemble Stravaganza compte aujourd'hui quatre enregistrements forts de leur succès, régulièrement salués par la critique, et se produit partout en Europe.

Domitille est régulièrement invitée en tant que soliste et violon solo dans de nombreux ensembles baroques européens, notamment au sein des Ambassadeurs dirigé par Alexis Kossenko, de l’ensemble Gli Incogniti et Amandine Beyer, l'Ensemble Pulcinella d'Ophélie Gaillard...

Elle a été récompensée d'une médaille de bronze par l'académie Arts Sciences et Lettres.

Depuis novembre 2016, Domitille est chef d'attaque co-soliste de l'Orchestre national d’Île-de-France. Depuis toujours intéressée par la découverte du travail de jeunes compositeurs talentueux, elle vient d’intégrer récemment le quatuor Paris Urban Quartet, collaborant ainsi avec Virginie Dupont, David Vainsot et Natacha Colmez-Collard, également ses collègues au sein de l’orchestre.