Keaton slog igenom på 1970-talet i Gudfadern-filmerna, där hon spelade gangstern Michael Corleones flickvän och hustru Kay Adams.
Hon var också känd för sina många samarbeten med regissören Woody Allen, som hon även hade ett förhållande med. Hon vann en Oscar för bästa kvinnliga huvudroll för ”Annie Hall” från 1977. Hon försvarade Woody Allen när han anklagades för att ha förgripit sig på sin dotter på 90-talet.
"Woody Allen är min vän och jag fortsätter att tro på honom", skrev hon då på dåvarande Twitter.
Diane Keaton nominerades till ytterligare två Oscar för bästa kvinnliga huvudroll, bland annat för filmen ”Marvins döttrar” 1996.
På 1980-talet arbetade hon allt mer som regissör och hon regisserade bland annat videon till Belinda Carlisles hit ”Heaven is a place on earth” från 1987. Keaton regisserade även avsnitt av tv-klassikern ”Twin Peaks”
2021 medverkade hon i Justin Biebers musikvideo "Ghost".
Diane Keaton var aldrig gift och fick inga biologiska barn. Däremot adopterade hon två barn, dottern Dexter och sonen Duke.
Diane Keaton dog i Kalifornien. Hon blev 79 år.