Diane Keaton 1946-ban Kaliforniában született eredetileg Diane Hall néven (akár csak legikoniksabb szerepe, Annie Hall), egy négy gyerekes család legidősebb gyerekeként. 1965-től drámatagozatos főiskolán tanult, majd egy év múlva Manhattanben próbált szerencsét. Eleinte zenés-táncos produkciókkal lépett fel éjszakai szórakozóhelyeken, de a nagy áttörést 1972-ben A Keresztapa első része jelentette számára.
Woody Allenel való kapcsolata érdekes módon a Broadway-en kezdődött, amikor Játszd újra, Sam! című darabjában játszott, ekkor nem csak akkori párját, de élete legfontosabb szakmai partnerét is megtalálta. A ’70-es években Allen múzsája volt, főszerepet játszott a Hétalvóban, Játszd újra, Sam!-ben, A fogd a pénz és fuss!-ban, a Manhattanban is, de legironikusabb alakítást abban az Annie Hall-ban alakította, amelyet ő maga inspirált, és Oscar-díjat is kapott.
Ismertebb drámái közé tartozik a Vörösök, a Marvin szobája, de később olyan Nancy Mayershez kötődő vígjátékokban láthattuk, mint az Örömapa-sorozat, az Elvált Nők Klubja, vagy a Minden végzet nehéz. Utolsó filmes szerepei a Könyvklub – avagy az alkony ötven árnyalata (2018) és folytatása, a Könyvklub: A következő fejezet (2023) voltak, amelyben Jane Fondaval, Candice Bergennel, és Mary Steenburgennel komédiázott együtt.
2017-ben elnyerte az Amerikai Filmakadémia életműdíját.
A színészet mellett a belsőépítészet is egyre inkább érdekelte, a ’80-as régi kaliforniai házak felújításával is foglalkozott. Keaton számára az építészet és a belső terek ugyanolyan önkifejezési formát jelentettek, mint a színészet. Két albumot is kiadott a témában: a House (2012) című könyv fényképes album, amely bemutatja Keaton házfelújításait és építészeti vízióit, a The House That Pinterest Built (2017) pedig egy humoros és személyes hangvételű könyv, amely dokumentálja, hogyan tervezte meg saját házát Pinterest-inspirációk alapján.
A People magazin szerint a színésznő egészségügyi állapota az elmúlt hónapokban drasztikusan megromlott, csak a legközelebbi családja vette körül. És bár addig reggelente feltűnő jelenség volt lakhelye környékén, ahogy egyedi ruháiban szeretett kutyáját sétáltatta, néhány hónapja már szomszédai sem látták.
Ötször jelölték Oscar-díjra, amik közül egyszer nyert, és kilencszer Golden Globe-ra, amit kétszer kapott meg: 1978-ban, az Anni Hallban nyújtott alakításáért, valamint a 2004-es Minden végzet nehéz című filmért.
