Diane Keaton s-a născut pe 5 ianuarie 1946 în Los Angeles, California, şi a crescut într-o familie de patru copii. Cu o mamă pasionată de fotografie și un tată inginer constructor, Dianei i-a fost alimentată încă de când era adolescentă curiozitatea pentru artă, imagine şi forme. În această perioadă a descoperit și gustul pentru scenă: a urmat cursuri de actorie, s-a mutat la New York pentru a studia la Neighborhood Playhouse şi a făcut parte din distribuţia originală a musicalului „Hair” (1968) pe Broadway. A participat la audițiile lui Woody Allen pentru producția „Play It Again, Sam”. A câștigat atât rolul cât și o nominalizare la Tony Award pentru interpretarea ei în piesa lui Allen.
Tânăra actriță a renunțat la numele ei de familie, alegând în schimb Keaton, numele de fată al mamei sale. Asta pentru că exista deja o „Diane Hall” înregistrată la Actors’ Equity.
În anul 1970, Keaton debutează pe marele ecran în filmul Lovers and Other Strangers. Doar doi ani mai târziu Keaton este distribuită în rolul lui Kay Adams, soția lui Michael Corleone (interpretat de Al Pacino) în excepționalul The Godfather, filmul lui Francis Ford Coppola din 1972. După alți doi ani, Keaton își reia rolul în The Godfather Part II.
Keaton colaborează îndeaproape cu Woody Allen pe tot parcursul decadei 70. Interpretează roluri de femei excentrice în filme ca Play It Again, Sam (1972), varianta pentru marele ecran în regia lui Herbert Ross, Sleeper (1973), Love and Death (1975), Interiors (1076) sau Manhattan (1979), film care marchează ultima sa colaborare cu Allen până în anul 1993.
Comedia romantică Annie Hall (1977), unul dintre rolurile reprezentative ale lui Keaton, a fost scrisă de Allen în colaborare cu Marshall Brickman și regizată de Allen. Keaton a câștigat premiul Oscar pentru cea mai bună actriță pentru acest rol, rol pe care mulți critici îl consideră și astăzi ca având sursă de inspirație autobiografică, propria relație din viața reală a actriței cu Woody Allen. În același an, Keaton abordează drama în filmul Looking for Mr. Goodbar, în regia lui Richard Brooks. Un an mai târziu, este rândul lui Warren Beatty să o distribuie și să îi fie partener în drama istorică Reds (1978).
În anul 1987, Keaton a regizat și a editat primul ei film, Heaven, un documentar care explorează scenariul existenței vieții după moarte.
Keaton se reîntoarce după aproape 20 de ani la rolul lui Kay Adams în ultima parte a trilogiei The Godfather Part III (1990). În anul 1993, Keaton reia colaborarea cu Allen în comedia neagra Manhattan Murder Mystery. Keaton apare în comedia The First Wives Club (1996) alaturi de Goldie Hawn și de Bette Midler, marcând poate cel mai mare succes al său din anii 90. Urmează rolul din Marvin’s Room (1996), alături de Meryl Streep și de Leonardo DiCaprio.
Debutul anilor 2000 o gasește pe Keaton interpretând și regizând din nou: Hanging Up (2000), un film cu Meg Ryan și Lisa Kudrow. Însă cel mai mare succes al perioadei va fi comedia romantică Something’s Gotta Give (2003), în regia lui Nancy Meyers, film în care Keaton îl are partener pe Jack Nicholson.
Diane Keaton a devenit cunoscută pentru combinaţia ei de inteligenţă, umor neconvenţional şi sensibilitate, o formulă de succes la Hollywood. Pe lângă rolurile memorabile şi premiile obținute, Keaton a fost o actriță longevivă, care a trecut cu succes de la tinerețe la maturitate fără a-şi pierde autenticitatea. Pe scurt, o figură rară în cinematografie.
