Actriz y productora estadounidense. Nació y creció en Hollywood, California. A los dieciocho años, Baker se mudó a Nueva York. Debutó en la gran pantalla en la película de 1959 El diario de Ana Frank, interpretando en ella el papel de Margot Frank, la hermana de la protagonista.

En 1964 apareció en la película de Alfred Hitchcock Marnie, y al año siguiente interpretó el papel principal en el thriller Mirage. A partir de los años setenta, la carrera de Diane Baker se vuelve menos exitosa y aparece principalmente en televisión. En 1976 abrió su propio estudio de producción Artemis Productions, que ya al año siguiente produjo una película para televisión para la cadena ABC.

Baker trabajó como productora, y a principios de los años noventa regresó a la gran pantalla, interpretando papeles secundarios en películas como The Silence of the Lambs (1991), Twenty Bucks (1993), The Net (1995), The Cable Guy (1996), Courage Under Fire (1996) y Murder at 1600 (1997).

Entre 2005 y 2012 interpretó el papel de la madre del protagonista de la serie de televisión House M.D.