Diane Keaton è nata a Los Angeles, California, da Dorothy Deanne (Keaton), una fotografa amatoriale, e John Newton Ignatius “Jack” Hall, un ingegnere civile e broker immobiliare. Ha studiato teatro al Santa Ana College, prima di abbandonare a favore del quartiere Playhouse a New York. Dopo essere apparsa in estate stock per diversi mesi, ha ottenuto il suo primo ruolo importante nel musical rock di Broadway “Capelli”. Come sostituto al comando, ha guadagnato l’attenzione non rimuovendo nessuno dei suoi vestiti., Nel 1968, Woody Allen la lanciò nella sua commedia di Broadway “Play It Again, Sam”, che ebbe un successo. Fu durante questo periodo che fu coinvolta con Allen ed apparve in un certo numero di suoi film. Il primo fu Play It Again, Sam (1972), l’adattamento cinematografico della commedia teatrale. Nello stesso anno Francis Ford Coppola la cast come Kay nel premio Oscar Il padrino (1972), e lei era sulla strada per la celebrità. Ha ripreso quel ruolo nel primo sequel del film, Il padrino: parte II (1974). Ha poi recitato con Allen di nuovo in Sleeper (1973) e Amore e morte (1975).,
Nel 1977, si staccò dalla sua immagine comica per apparire nell’agghiacciante Looking for Mr. Goodbar (1977), che le valse una nomination ai Golden Globe. Fu lo stesso anno che apparve in quella che molti considerano la sua migliore interpretazione, nel ruolo principale di Annie Hall (1977), che Allen scrisse appositamente per lei (il suo vero cognome è Hall e il suo soprannome è Annie), e che impatto ha fatto. Ha vinto l’Oscar e il premio britannico per la migliore attrice, e Allen ha vinto il Directors Award dalla DGA., Ha iniziato una tendenza di moda con i suoi vestiti unisex ed è stata la ragazza poster per un sacco di giovani maschi. I suoi manierismi e il suo discorso imbarazzante divennero quasi una mania nazionale. La domanda che veniva posta, anche se, era, “Lei è solo un peso leggero giocare se stessa, o c” è più profondità alla sua personalità?”Per qualsiasi motivo, è apparsa in un solo film all’anno per i successivi due anni e quei film erano di Allen. Quando si sono lasciati lei è stato poi coinvolto con Warren Beatty ed è apparso nel suo film Reds (1981), come la giornalista boema Louise Bryant., Per la sua performance, ha ricevuto nomination per l’Academy Award e il Golden Globe. Per il resto del 1980 è apparsa raramente in film, ma ha vinto nomination in tre di loro. Tentando di rompere il typecasting in cui era caduta, ha assunto il ruolo di una donna confusa e un po ‘ ingenua che viene coinvolta con i terroristi mediorientali in The Little Drummer Girl (1984). Per compensare la sua mancanza di lavoro cinematografico, Diane ha iniziato a dirigere. Ha diretto il documentario Heaven (1987) e alcuni video musicali., Per la televisione ha diretto un episodio del popolare, ma strano, Twin Peaks (1990).
Nel 1990, ha iniziato a ottenere ruoli più maturi, anche se ha ripreso il ruolo di Kay Corleone nel terzo “Padrino” epico, Il padrino: Parte III (1990). È apparsa come la moglie di Steve Martin nella hit Padre della sposa (1991) e di nuovo in Padre della sposa Parte II (1995). Nel 1993 ha nuovamente collaborato con Woody Allen in Manhattan Murder Mystery (1993), che è stato ben accolto. Nel 1995 ha ricevuto un punteggio elevato per Unstrung Heroes (1995), il suo primo film importante come regista.