Actrice et productrice américaine. Née et élevée à Hollywood, en Californie. À l'âge de dix-huit ans, Baker a déménagé à New York. Elle a fait ses débuts sur grand écran dans le film de 1959 « Le Journal d'Anne Frank », dans lequel elle a joué le rôle de Margot Frank, la sœur du personnage principal.

En 1964, elle a joué dans le film d'Alfred Hitchcock « Pas de printemps pour Marnie », et l'année suivante, elle a tenu le rôle principal dans le thriller « Mirage ». À partir des années soixante-dix, la carrière de Diane Baker devient moins fructueuse, et elle apparaît principalement à la télévision. En 1976, elle a ouvert son propre studio de production Artemis Productions, qui dès l'année suivante a produit un téléfilm pour la chaîne ABC.

Baker a travaillé comme productrice, et au début des années quatre-vingt-dix, elle est revenue sur grand écran, interprétant des rôles secondaires dans des films tels que « Le Silence des agneaux » (1991), « Twenty Bucks » (1993), « Traque sur Internet » (1995), « The Cable Guy » (1996), « Courage Under Fire » (1996) et « Meurtre à la Maison-Blanche » (1997).

Entre 2005 et 2012, elle a joué le rôle de la mère du personnage principal de la série télévisée « Dr House ».