En 2001 Dayana firmó con la agencia de modelos Elite y desfiló en España, Italia, Francia, Estados Unidos, Inglaterra, Grecia y Alemania para Versace, Roberto Cavalli y otros diseñadores. []
Fue presentadora del programa de televisión "Relajado" para la cadena E! Entertainment Latin America. []
También participó en la quinta temporada de The Celebrity Apprentice (correspondiente a la duodécima temporada de The Apprentice), programa presentado por Donald Trump.
Miss Venezuela 2007
Mendoza se impuso a otras 27 candidatas para ganar el Miss Venezuela 2007 el 13 de septiembre de 2007, en Caracas, y se convirtió en la segunda mujer que representa al estado de Amazonas en ganar, después de Carolina Izsak en 1991.
Miss Universo 2008
Dayana tenía sólo veintidós años cuando fue coronada Miss Universo 2008 en el certamen celebrado en el Centro de Convenciones Crown, Nha Trang, Vietnam, el 13 de julio de 2008. Se convirtió en la primera ganadora del concurso de Venezuela desde la ganadora de Miss Universo 1996, Alicia Machado, convirtiéndose así en la primera Miss Universo venezolana del siglo XXI.
Miss Universo 2007 Riyo Mori la coronó con una tiara valorada en 120.000 dólares. Su paquete de premios incluye dinero en efectivo, un contrato de un año para promocionar Miss Universo, viajes por todo el mundo, un prestigioso apartamento en Nueva York sin pagar alquiler, un apartamento de lujo y una bolsa de regalo llena de zapatos, vestidos y productos de belleza de diseño, un estipendio de 100.000 dólares para un curso de dos años en la Academia de Cine de Nueva York y acceso gratuito a famosas casas de moda y salones de belleza. Dayana tuvo la amabilidad de pasar su año de reinado viajando por el mundo para dar conferencias sobre temas humanitarios y promover la educación sobre el VIH/SIDA.
Desde junio de 2009, Dayana como Miss Universo ha viajado a Indonesia, Singapur, Italia, Ciudad del Vaticano, España, Francia, Nicaragua, Ucrania, República Checa, Bahamas, Rusia, El Salvador, Emiratos Árabes Unidos, Brasil, República Dominicana, Puerto Rico, Bolivia, Argentina, Rumanía y Vietnam, además de numerosos viajes por Estados Unidos y su regreso a casa en Venezuela. Junto con Gloria Díaz, Miss Universo 1969, Mendoza fue la embajadora de buena voluntad de la empresa tecnológica venezolana Smartmatic para agradecer a Filipinas el haber confiado a la compañía el éxito de sus elecciones presidenciales de 2010.