Bercée au son du violon 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'Ile de France, sous la direction d'Yves Pruvot. Elle enregistre son premier disque à l'âge de 13 ans avec ce même ensemble, et se perfectionne ensuite au CRR de Boulogne Billancourt dans les classes d'Agnes Reverdy, Jacques Ghestem et Christophe Poiget.

Elle est admise en 2003 dans la classe de ce dernier au CNSM de Lyon, dont elle sortira diplômée mention TB en 2008. Cette même année marquera son entrée à l'Orchestre National d'Ile de France dont elle est titulaire. Ses années d'études ont été rythmées par une activité de chambriste conséquente, la violoniste ayant eu l'occasion de se produire avec des musiciens tels que Roland et Raphaël Pidoux, Bruno Pasquier, Jérôme Pernoo, les quatuors Danel, Debussy, etc...

Par ailleurs très intéressée et investie dans la recherche de répertoires historiques méconnus, Domitille s'initie au violon baroque, et découvre ainsi l'interprétation historiquement informée, sur un instrument de montage baroque, avec cordes en boyau. 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 TB, après trois années passées sous l'enseignement de Patrick Bismuth.

Parallèlement, elle fonde son ensemble avec le claveciniste Thomas Soltani en 2010, et très vite les engagements en France et à l'étranger se multiplient. L'ensemble Stravaganza compte aujourd'hui cinq enregistrements forts de leur succès, dont la prochaine publication aura lieu en octobre 2023.
Les jeunes musiciens se démarquent aisément  lors de plusieurs concours internationaux de musique ancienne, en remportant notamment le 3 ème prix et prix critique et média au concours Premio Bonporti, ainsi que le prix spécial " De Graaf Unico Van Wassenaer award" à Amsterdam, en 2011.
En 2012, l'ensemble participe au concours H.I.F. von Biber en Autriche, et remporte le F.J. Aumann prize, pour l'originalité du choix et de l'interprétation du répertoire.

Domitille se produit régulièrement en soliste et en tant que violon solo dans de nombreux ensembles baroques européens, notamment au sein de l'orchestre les Ambassadeurs dirigé par Alexis Kossenko, Gli Incogniti et Amandine Beyer, l'Ensemble Pulcinella d'Ophélie Gaillard, au sein duquel elle participe à deux enregistrements (CHOC de Classica et Diapason d'or), Francois Lazarevitch et Les musiciens de saint Julien, ...

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