А начала кинокарьеру в тринадцать лет, сыграв в фильме "A Little Romance" «Маленький роман» у Джорджа Роя Хилла. Партнером у нее был сэр Лоуренс Оливье. Но по большому счету, играть она стала на девять лет раньше, выходя на театральные подмостки в составе экспериментальной труппы Cafe La Mama. Вместе с ними Дайан сделала турне по Европе.
Бабушка Дайан Лэйн была театральной актрисой и с ее легкой руки Дайан уже в двенадцать лет играла в театре «Medea», в постановке «The Cherry Orchard (Вишневый сад)» Джозефа Паппа вместе с Мэрил Стрип.
Успех, последовавший за первым фильмом, никак не подействовал на юную актрису. Дайан продолжала работать и была достаточно удачлива, чтобы не сломать себе карьеру, став взрослой (не частое событие среди детей-актеров). Ее взял под отеческое крыло Фрэнсис Форд Коппола и предложил роли в нескольких своих фильмах.
Затем последовала череда ролей в неудачных теле- и кинофильмах, пока Фрэнсис Форд Коппола в начале 1980-х гг. не предложил ей роли в «Изгоях» и «Бойцовой рыбке». За этими работами последовали роли в по большинству провальных голливудских лентах, из-за чего Лейн даже покинула кинобизнес на три года.
В последующие годы Дайан Лэйн снималась преимущественно в достаточно скромных, но амбициозных проектах. С 1988 по 1994 г. она была замужем за своим коллегой, актёром Кристофером Ламбертом. У них есть дочь Элеонора Джэсмин Ламберт (род. 5 сентября 1993 г.). В 1995 г. Лейн снялась в паре с Сильвестром Сталлоне в экранизации комикса Судья Дредд, с Робином Уильямсом — в «Джеке» (1996) и Уэсли Снайпсом в «Убийстве в Белом доме» (1997). В 2000 г. она получила главную роль в фильме «Идеальный шторм» с участием Джорджа Клуни и Марка Уолберга.
В 2002 г. Лэйн наконец-то удалось совершить настоящий прорыв: за главную женскую роль изменяющей мужу (в исполнении Ричарда Гира) жены в фильме «Неверная» Дайан получила многочисленные кинопремии и номинировалась на «Золотой Глобус» и «Оскар».
В 1988—1994 года Дайан была замужем за актёром Кристофером Ламбертом. В этом браке Лейн родила своего первенца — дочь Элинор Жасмин Ламберт (род.05.09.1993).
В 2004 г. Дайан Лэйн вышла замуж за актёра Джоша Бролина, сына актёра Джеймса Бролина и пасынка Барбары Стрейзанд, с которым она не живёт вместе с февраля 2013 года.
Бэтмен против Супермена: На заре справедливости
Vanity Fair: Killers Kill, Dead Men Die
Любовь к собакам обязательна
Война и страсть
Мисс «Американская красавица»
Малышка-невеста с Шорт-Крика
Скотница Энни и маленькая попка
Оскар. История Голливуда
18-я церемония вручения премии Гильдии киноактеров
69-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
63-я церемония вручения прайм-тайм премии «Эмми»
81-я церемония вручения премии «Оскар»
Стрейзанд: Живой концерт
Оскар, шоу начинается
Why Be Good? Sexuality & Censorship in Early Cinema
Награда Сан-Себастьян – Мэтт Диллон
101 самая сексуальная знаменитость
62-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
76-я церемония вручения премии «Оскар»
75-я церемония вручения премии «Оскар»
9-я церемония вручения премии Гильдии киноактеров
60-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
Церемония вручения премии Blockbuster Entertainment Awards 2000
57-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
В студии актерского мастерства
41-я церемония вручения прайм-тайм премии «Эмми»
42-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
41-я церемония вручения премии «Золотой глобус»
53-я церемония вручения премии «Оскар»
38-я церемония вручения премии «Золотой глобус»