Nata e cresciuta in Germania, Diane ha frequentato la Royal Ballet prima che un infortunio mettesse fine alla sua carriera di ballerina. Trasferitasi a Parigi, diventa una delle fotomodelle più conosciute in Europa.
Su suggerimento del cineasta Luc Besson, ha frequentato corsi di arte drammatica presso l’Ecole Fleuron, vincendo il premio “Classe Libre” come migliore attrice dell’anno.
Nel 2004 ha debuttato a livello internazionale nel ruolo di Elena di Troia accanto a Brad Pitt, Peter O’Toole e Orlando Bloom, nel film Troy di Wolfgang Petersen. Successo seguito da Appuntamento a Wicker Park, nel quale ha recitato accanto a Josh Hartnett, e da Il tesoro dei Templari di Jerry Bruckheimer, accanto a Nicholas Cage, che ha riportato un enorme successo ai box office americani. Nel 2006 è stata candidata agli Oscar con film Joyeux Noel - Una verità dimenticata dalla storia, film in cui ha recitato accanto a Guillaume Canet, Benno Furmann, Gary Lewis e Daniel Bruhl. Il 2006 rappresenta anche l’anno del suo debutto ai festival internazionali, con il film Io e Beethoven, con Ed Harris all’apertura del Festival del Cinema di Toronto.
Nel 2007 ha recitato nel ruolo della sud-africana Gloria Gregory nella storia di Nelson Mandela Il Colore della Libertà di Bille August, con Joseph Fiennes e Tennis Haysbert, film premiato al Festival del Cinema di Berlino. Nel 2007 Diane è stata inoltre scelta come madrina al Festival del Cinema di Cannes dove ha presentato in tre lingue sia la cerimonia di apertura che quella di chiusura. La serata di chiusura ha visto la premiazione del film di Denys Arcand L’Età Barbarica, dove Diane è l’interprete femminile principale. Seguito a brevissimo da The Hunting Party, che ha visto Diane a lato di Terence Howard e Richard Gere, e da Il Mistero delle Pagine Perdute che ha sbancato i box office battendo i record precedenti e arrivando sugli schermi europei all’inizio del 2008.
Il 2008 ha permesso a Diane di poter girare film in Europa: il meraviglioso film Mr Nobody di Jaco van Dormael, girato in Francia e Lussemburgo e in chiusura d’anno Pour Elle. Il film fu un tale successo che Paul Haggis comprò i diritti e realizzò l’adattamento americano con Russel Crowe.
Alla fine del 2009, la sua eccezionale performance in Bastardi Senza Gloria di Quentin Tarantino, con Brad Pitt, Cristoph Walz e un ricco cast internazionale, è riconosciuta da tutte le giurie internazionali. Fantastica inoltre nei panni dell’eccezionale agente segreto tedesco in Bridget Von Hammersmark. Girerà nella Germania nativa in gennaio 2010 una nuova pellicola (questa volta recitando in ceco) Unknown White Male di Joel Silver, accanto a Liam Neeson.