Dmitriyeva se formó en las escuelas de Astracán y, con 15 años, firmó su primer contrato en el Qysylorda kazajo, con el que ganó la liga nacional.^[2]​

En 2000 se incorporó al HC Lada Togliatti, conquistando las ligas rusas de 2002, 2003 y 2004 y la Recopa de Europa de 2002.^[3]​

Fichó en 2004 por el ŽRK Budućnost Podgorica, donde acumuló dos ligas balcánicas (2005, 2006) y otra Recopa (2006).^[3]​

Su regreso a Rusia se produjo en marzo de 2007 con el Zvezda Zvenigorod, con el que ganó la liga rusa (2007), la EHF Cup 2008 y la Champions League 2008, además de la Copa rusa 2009.^[3]​ Se retiró en 2013.^[2]​

• 1998 – 2000:   Qysylorda
• 2000 – 2004:   HC Lada Togliatti
• 2004 – 2007:   ŽRK Budućnost Podgorica
• 2007 – 2013:   Zvezda Zvenigorod

Entre 2001 y 2011 disputó más de cien partidos con la selección rusa. Fue campeona mundial en Francia 2007^[4]​ y China 2009,^[5]​ y subcampeona olímpica en Pekín 2008, al caer ante Noruega 34-27.^[6]​

• 2 × Medalla de oro en el Campeonato del Mundo (2007, 2009)
• 1 × Medalla de plata en los Juegos Olímpicos (2008)
• 1 × Medalla de bronce en el Europeo 2008^[7]​

• 1 × Liga de Campeones de la EHF (2008)
• 1 × EHF Cup (2007)
• 2 x Recopa de Europa (2002, 2006)
• 4 × Liga rusa de balonmano femenino (2002, 2003, 2004, 2007)
• 2 × Liga de balonmano de Serbia y Montenegro (2005, 2006)
• 1 × Copa de Rusia de balonmano femenino (2009)^[3]​

Dmitriyeva proviene de una familia ligada al balonmano, su madre y su hermana mayor, Olga, también jugaron. El técnico Evgueni Trefilov marcó decisivamente su carrera y, tras la retirada, se ha interesado por el periodismo deportivo.^[2]​