Dilek Kaya İmamoğlu, 10 Kasım 1974 tarihinde Trabzon'un Vakfıkebir ilçesinde doğmuştur. Eğitim hayatına Trabzon'da başlayan İmamoğlu, ilk ve orta öğrenimini burada tamamlamıştır. İstanbul Üniversitesi Turizm Bölümü'nden mezun olmuştur. Kamu Yönetimi alanında yüksek lisans yapmıştır. Kamu Yönetimi alanında doktora eğitimine devam etmektedir.
Dilek İmamoğlu, eğitim hayatının yanı sıra sosyal sorumluluk projelerinde de aktif rol almıştır. Özellikle engelli bireylerin farkındalığını artırmak, kadın hakları ve çocuk eğitimi konularında çeşitli çalışmalarda bulunmaktadır.
Ayrıca, "Cam Tavan Sendromu" üzerine tez çalışması yapmış ve "Y kuşağının liderlik beklentileri, demokratik ve otokratik liderlik tarzlarının bütünleşik kalkınmaya etkisini" inceleyen doktora çalışmasına devam etmektedir.
1995 yılında Ekrem İmamoğlu ile evlenen Dilek İmamoğlu'nun, bu evlilikten üç çocuğu bulunmaktadır: Semih, Mehmet Selim ve Beren.
Dilek İmamoğlu, eğitim ve sosyal sorumluluk alanlarındaki çalışmalarıyla dikkat çeken bir isimdir. Özellikle kadın hakları, çocuk eğitimi ve engelli bireylerin topluma kazandırılması konularında aktif olarak faaliyet göstermektedir.
