Diane Keaton est née Diane Hall à Los Angeles, en Californie, de Dorothy Deanne (Keaton), photographe amateur, et John Newton Ignatius « Jack » Hall, ingénieur civil et courtier immobilier. Elle a étudié L’art dramatique au Santa Ana College, avant d’abandonner au profit du Neighborhood Playhouse à New York. Après être apparue dans summer stock pendant plusieurs mois, elle a obtenu son premier grand rôle sur scène dans la comédie musicale Rock de Broadway « Hair ». En tant que doublure du leader, elle a attiré l’attention en ne retirant aucun de ses vêtements., En 1968, Woody Allen la lance dans sa pièce de Broadway « Play It Again, Sam », qui a eu un succès. C’est à cette époque qu’elle s’est impliquée avec Allen et est apparue dans un certain nombre de ses films. Le premier était Play It Again, Sam (1972), l’adaptation à l’écran de la pièce de théâtre. La même année, Francis Ford Coppola la lance dans le rôle de Kay dans le film oscarisé The Godfather (1972), et elle est sur le chemin de la célébrité. Elle reprend ce rôle dans la première suite du film, The Godfather: Part II (1974). Elle joue ensuite de nouveau avec Allen dans Sleeper (1973) et Love And Death (1975).,
en 1977, elle se détache de son image comique pour apparaître dans The chilling Looking for Mr.Goodbar (1977), qui lui vaut une nomination aux Golden Globes. C’est la même année qu’elle apparaît dans ce que beaucoup considèrent comme sa meilleure performance, dans le rôle-titre D’Annie Hall (1977), qu’Allen a écrit spécifiquement pour elle (son vrai nom de famille est Hall, et son surnom est Annie), et quel impact elle a eu. Elle a remporté L’Oscar et le British Award de la meilleure actrice, et Allen a remporté le prix des réalisateurs de la DGA., Elle a commencé une tendance de la mode avec ses vêtements unisexes et était la fille de l  » affiche pour beaucoup de jeunes hommes. Ses manières et son discours maladroit sont devenus presque un engouement national. La question posée, cependant, était,  » est-elle juste un jeu léger elle-même, ou y a-t-il plus de profondeur à sa personnalité? »Pour une raison quelconque, elle est apparue dans un seul film par an pendant les deux prochaines années et ces films étaient D’Allen. Quand ils se sont séparés, elle a ensuite été impliquée avec Warren Beatty et est apparue dans son film Reds (1981), comme la journaliste bohème Louise Bryant., Pour sa performance, elle a reçu des nominations aux Oscars et au Golden Globe. Pour le reste des années 1980, elle est apparue rarement dans des films, mais a remporté des nominations dans trois d’entre eux. Tentant de briser le typecasting dans lequel elle était tombée, elle a endossé le rôle d’une femme confuse et un peu naïve qui s’implique avec des terroristes du Moyen-Orient dans The Little Drummer Girl (1984). Pour compenser son manque de travail cinématographique, Diane a commencé à réaliser. Elle a réalisé le documentaire Heaven (1987), ainsi que quelques clips musicaux., Pour la télévision, elle a réalisé un épisode du populaire, mais étrange, Twin Peaks (1990).
dans les années 1990, elle a commencé à obtenir des rôles plus matures, bien qu’elle ait repris le rôle de Kay Corleone dans la troisième épopée du « Parrain », The Godfather: Part III (1990). Elle est apparue comme l’épouse de Steve Martin dans le hit Father of The Bride (1991) et à nouveau dans Father of The Bride Part II (1995). En 1993, elle fait de nouveau équipe avec Woody Allen dans Manhattan Murder Mystery (1993), qui est bien accueilli. En 1995, elle obtient des notes élevées pour Unstrung Heroes (1995), son premier long métrage majeur en tant que réalisatrice.