Witten estudió matemáticas y biología en la Universidad de Stanford, graduándose en 2005. Permaneció allí durante su posgrado y consiguió el título de máster en estadística en 2006.^[3]​^[4]​ Le fue concedida la beca Gertrude Mary Cox de la Asociación Estadística americana en 2008.^[5]​ Escribió su tesis doctoral, Una descomposición matricial con penalización, y sus aplicaciones, bajo la supervisión de Robert Tibshirani.^[6]​^[7]​ Trabajó con Trevor Hastie en análisis de correlación canónica.^[8]​ En la Universidad de Standford recibió varios premios, incluyendo una beca presidencial y una beca de investigación del National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship program.^[9]​ Ha sido coautora del libro An Introduction to Statistical Learning, que es ampliamente usado para iniciarse en el campo del aprendizaje estadístico. El libro ganó Premio Ziegel en 2014.^[10]​

Witten aplica el aprendizaje estadístico al tratamiento médico personalizado y la decodificación del genoma.^[11]​ Utiliza aprendizaje máquina aprendiendo para analizar conjuntos de dato en neurociencia y genómica.^[12]​ Una de sus preocupaciones es la creciente cantidad de datos en biomedicina.^[13]​

Fue nombrada profesora dotada en la Universidad de Washington en 2010.^[14]​ Fue galardonada con el del NIH en 2011.^[15]​ Recibió el premio David P. Byar Young Investigator de la Asociación Estadounidense de Estadística por su trabajo Clasificación penalizada mediante el discriminante lineal de Fisher en 2011.^[16]​ Witten contribuyó al informe de 2012 Evolution of Translational Omics de buenas prácticas en llevar la investigación del uso de ómicas para la predicción de los resultados de una clínica.^[17]​^[18]​ Ganó el Premio Genius de la revista Elle en 2012.^[19]​ En 2013 ganó una beca de la Fundación Alfred P. Sloan.^[20]​ Su grupo de investigación ha desarrollado una gama de paquetes de software de acceso abierto.^[21]​ También ha impartido un seminario del programa Big Data to Knowledge,^[22]​ y dio una charla TED en la Universidad de Washington titulada Cancer by Numbers.^[23]​

Ganó una beca National Science Foundation CAREER en 2013, lo que le permitió desarrollar nuevos métodos estadísticos para el modelado gráfico.^[24]​ Fue becaria del programa PopTech Science Fellow en 2013,^[11]​ y nombrada en lista Forbes 30 Under 30 en la categoría de Ciencia y Salud en 2012, 2013 y 2014.^[25]​^[26]​^[27]​ En 2015, Witten recibió el premio Raymond J. Carroll Young Investigator de la Universidad de Texas A&M.^[28]​ En 2018 fue nombrada investigadora de la Fundación Simons.^[29]​ Es editora asociada del Journal of the American Statistical Association.^[30]​

El trabajo de Witten ha aparecido en las revistas Forbes, Elle y NPR .^[31]​^[32]​ Ha sido entrevistada sobre big data por la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia .^[33]​ Fue nombrada en la lista de los 10 científicos que sacuden nuestro mundo por HowStuffWorks.^[34]​ En 2018, la Asociación Estadounidense de Estadística la reconoció como una de las mejores mujeres en ciencia de datos.

Witten fue elegida miembro de la Asociación Estadounidense de Estadística en 2020.^[35]​