Nacida en la ciudad de Nueva York, Diane Lane se convirtió en actriz profesional a los seis años de edad. Se presentó a un casting de actores infantiles en el La Mama Experimental Theater y ganó un papel en la versión que hizo el serbio Andrei de Medea. Durante los siguientes cinco años, apareció en las producciones que hizo el director de Electra, The Trojan Women (Las mujeres de Troya), Las buenas mujeres de Szechuan, y Como gustéis, tanto en Nueva York como en festivales de cine por todo el mundo.

Después de aparecer en las producciones de Joseph Papp de El Jardín de los cerezos y Agamemón en el Lincoln Center durante la temporada 1976-77, Diane Lane fue la protagonista de Runaways en el Public Theater de Papp. No tardó en realizar un debut memorable junto a Laurence Olivier en A Little Romance (Un pequeño romance) de George Roy Hill y posteriormente ocupó la portada de la revista Time en agosto de 1979.

Desde entonces, Diane Lane ha sido protagonistas en un sinfín de largometrajes entre los que se encuentran cuatro películas de Francis Coppola. Fueron The Outsiders (Rebeldes), Rumble Fish (La ley de la calle) , Jack, y The Cotton Club (Cotton Club). En esta última cinta, trabajó junto a Bob Hoskins, con el que se ha vuelto a reencontrar en Hollywoodland.