Американская актриса и продюсер. Родилась и выросла в Голливуде, штат Калифорния. В возрасте восемнадцати лет Бэйкер переехала в Нью-Йорк. Дебютировала на большом экране в фильме 1959 года «Дневник Анны Франк», исполнив в нём роль Марго Франк, сестры главной героини.
В 1964 году она снялась в фильме Альфреда Хичкока «Марни», а в следующем году сыграла главную роль в триллере «Мираж». Начиная с семидесятых годов, карьера Дайан Бэйкер становится менее успешной, и она, в основном, появляется на телевидении. В 1976 году она открыла собственную производственную студию Artemis Productions, которая уже в следующем году выпустила телефильм для канала ABC.
Бэйкер работала как продюсер, а в начале девяностых вернулась на большой экран, исполняя роли второго плана в таких фильмах как «Молчание ягнят» (1991), «Двадцать долларов» (1993), «Сеть» (1995), «Кабельщик» (1996), «Мужество в бою» (1996) и «Убийство в Белом доме» (1997).
В период между 2005–2012 годами она играла роль матери главного героя телесериала «Доктор Хаус».