Passionnée par la photographie , elle se tourne d'abord vers le design et le graphisme en suivant des cours dans les années 1990 en atelier préparatoire, puis à l'ENSAD de Paris où elle entame le cursus "Graphisme".

C'est pendant ses études que Rébecca Dautremer commence à travailler en tant qu'illustratrice pour la maison d'édition Gautier-Languereau, où elle effectue de petits travaux tels que la création de coloriages ou de décalcomanies. Dès sa sortie de l'école, en 1995, la maison d'édition  lui confie l'illustration d'un premier album, puis d'un second. En parallèle, Rebecca Dautremer commence à travailler pour d'autres éditeurs, et gagne peu à peu en notoriété.

Son album jeunesse L 'Amoureux, publié en 2003, est « très remarqué», et remporte le prix Sorcières 2004 dans la catégorie Album. La même année elle illustre Babayaga, sur un texte de son mari,Taï-Marc Le Thanh  , avec qui elle travaille régulièrement².

Leur collaboration continue avec, en 2006, l'album Cyrano¹, raconté par Taï-Marc Le Thanh , qu'elle illustre, d'après Cyrano de Bergerac d'Edmond Rostand. Selon le journal La Libre Belgique : « Aisément reconnaissable avec son trait aiguisé, ciselé, détaillé et anguleux, elle pousse également volontiers le ton japonisant pour orientaliser des gouaches aquarellées jouant sur les transparences. »

En 2009, elle illustre et anime le film d'animation Kérity, la maison des contes, réalisé par Dominique Monféry. L'album jeunesse du film sort la même année.

En 2009 toujours, paraît l'album Princesses oubliées ou inconnues, écrit par Philippe Lechermeier, qui connaît « un immense succès commercial». De nombreux objets dérivés seront lancés. Deux autres tomes paraissent en 2010 puis 2012.

Elle expose plus de dix années de travail dans son ouvrage Artbook de 2009, qualifié de «sublime » par le journal Le Monde.