দিব্যা ১৯৯৪ সালে "ইশ্‌ক মেঁ জিনা ইশ্‌ক মেঁ মরনা" চলচ্চিত্র দিয়ে বলিউডে আগমন করেন। পরের বছর তিনি সুনীল শেঠি, অদিত্য পঞ্চোলি, সাইফ আলি খানের সাথে "সুরক্ষা" চলচ্চিত্রে বিন্দিয়া চরিত্রে পার্শ্ব ভূমিকায় অভিনয় করেন। একই বছর তিনি সালমান খানের বিপরীতে নাট্যধর্মী "বীরগতি" চলচ্চিত্রে সন্ধ্যা চরিত্রে অভিনয় করেন। চলচ্চিত্রটি বক্স অফিসে ফ্লপ হয়।

পরের বছর তিনি তিনটি চলচ্চিত্রে পার্শ্ব চরিত্রে অভিনয় করেন, সেগুলি হল জ্যাকি শ্রফ, নানা পাটেকর ও মনীষা কৈরালার সাথে "অগ্নি সাক্ষী", গোবিন্দা ও শিল্পা শেঠীর সাথে "ছোটে সরকার" এবং "রাম অউর শ্যাম"। ১৯৯৭ সালে তিনি রানী মুখার্জীর সাথে "রাজা কি আয়েগি বরাত" চলচ্চিত্রে শারদার বোন চরিত্রে, এবং অক্ষয় কুমার ও রবীনা ট্যান্ডনের সাথে "দাবা" চলচ্চিত্রে দীপা চরিত্রে অভিনয় করেন। ১৯৯৮ সালে দত্তা অভিনীত চারটি চলচ্চিত্র মুক্তি পায়, তন্মধ্যে তিনি "ঘরওয়ালি বাহারওয়ালি" ও "বড়ে মিয়াঁ ছোটে মিয়াঁ" চলচ্চিত্রে ছোট চরিত্রে এবং "ইস্কি টোপি উসকে সর" চলচ্চিত্রে মিলি চরিত্রে প্রধান ভূমিকায় অভিনয় করেন। এছাড়া তিনি ১৯৪৭ সালের ভারত বিভাজনের পটভূমিতে নির্মিত পামেলা রুকসের নাট্যধর্মী "ট্রেন টু পাকিস্তান" চলচ্চিত্রে একজন যৌনকর্মীর চরিত্রে অভিনয় করেন।

২০০৪-২০০৮: বলিউডে অধিকতর খ্যাতি
১৯৯৪-১৯৯৮: বলিউডে অভিষেক
২০০৯-২০১২: "দিল্লি-৬" ও আন্তর্জাতিক খ্যাতি
২০১৩-বর্তমান: "ভাগ মিলখা ভাগ" ও অন্যান্য