दिशा पटानी ने अपने करियर की शुरुआत एक मॉडल के रूप में की और कई टीवी विज्ञापन और मॉडलिंग असाइनमेंट किए। उन्हें कैडबरी डेयरी मिल्क सिल्क के टीवी विज्ञापन के बाद पहचान मिली ।
2015 में, उन्होंने वरुण तेज के साथ, लोफर नामक एक तेलुगु फिल्म के साथ अपने करियर की शुरुआत की । उन्होंने मौनिका नाम की एक लड़की की भूमिका निभाई जो अपनी शादी से भागती है।
दिशा अपने अफवाह प्रेमी अभिनेता टाइगर श्रॉफ के साथ ‘ बेफिक्रा’ नामक एक संगीत वीडियो में भी दिखाई दीं ।
वह करण जौहर की सेक्स कॉमेडी फिल्म- नो सेक्स प्लीज, वी आर इंडियन्स में अभिनय करने वाली थीं, लेकिन फिल्म को रोक दिया गया।
दिशा ने नीरज पांडे की एमएस धोनी: द अनटोल्ड स्टोरी में अपने पावरपैक प्रदर्शन से प्रसिद्धि पाई, जो महेंद्र सिंह धोनी की बायोपिक है ।
उन्होंने धोनी की पूर्व प्रेमिका-प्रियंका झा की भूमिका से दर्शकों को मंत्रमुग्ध कर दिया, जिनकी फिल्म में एक कार दुर्घटना में मृत्यु हो गई थी। इसके अलावा, उन्होंने फिल्म के लिए असुरी भाषा भी सीखी, जो झारखंड की एक आम भाषा है।
2017 में, उन्होंने जैकी चैन के साथ एक इंडो-चाइनीज फिल्म ‘कुंग फू योगा’ में अभिनय किया, जिसके लिए उन्होंने मार्शल आर्ट का प्रशिक्षण भी लिया।
2018 में, उन्हें टाइगर श्रॉफ के साथ बाघी, यानी बाघी 2 के सीक्वल में नेहा के रूप में चित्रित किया गया था, जो एक ब्लॉकबस्टर थी। साल 2021 में उन्हें सलमान खान के साथ राधे फिल्म में मुख्य अभिनेत्री का किरदार निभाते हुए देखा गया।