Dea Panendra mengawali kariernya di dunia hiburan tanah air, sebagai salah satu kontestan ajang pencarian bakat Indonesian Idol pada tahun 2010. Perjalanannya di ajang kontes tersebut, hanya sampai di babak spektakuler 11 besar. Dea tereliminasi pada tanggal 28 Mei 2010. Ketika itu, Dea membawakan lagu berjudul “Baru Aku Tau Cinta Itu Apa ” milik penyanyi Indah Dewi Pertiwi. Dea merupakan salah satu kontestan yang dijagokan oleh Agnez Mo yang merupakan juri dalam ajang tersebut.

Usai dari kontes Indonesian Idol tahun 2010, Dea Panendra menjajal sebagai pemeran dalam teater musikal berjudul Musikal Laskar Pelangi yang digarap oleh sutradara Mira Lesmana pada Desember, 2010. Pada tahun 2013, Dea kembali berperan sebagai Burung Cenderawasih di teater berjudul Musikal Timun Mas.

Tahun 2016, Dea akhirnya mendapatkan peran dalam film layar lebar perdananya. Dea berperan sebagai Novi dalam film berjudul Marlina: The Murderer in Four Acts besutan sutradara berbakat Mouly Surya. Film ini mengambil setting di Sumba.