השחקנית נולדה בלוס אנג'לס ב-1946 בשם דיאן הול, והייתה הבכורה מבין ארבעה ילדים. אביה היה מהנדס, בעוד אמה הייתה עקרת בית. עם זאת, קיטון סברה שאמה חלמה על משהו גדול יותר. "בסתר ליבה היא כנראה רצתה להיות בדרנית מסוג כלשהו", סיפרה השחקנית ל-PEOPLE ב-2004. "היא שרה. היא ניגנה בפסנתר. היא הייתה יפה. היא הייתה התומכת שלי".
קיטון שיחקה בהצגות בתיכון, ולאחר שסיימה את לימודיה ב-1964, המשיכה ללמוד דרמה בקולג', אך עד מהרה נשרה ועברה לניו יורק כדי לנסות לעשות את דרכה בתיאטרון. היא לקחה את שם הנעורים של אמה, קיטון, כשם המקצועי שלה.
ב-1968 קיטון קיבלה תפקיד בברודווי במחזמר "שיער". ב-2017 קיטון סיפרה ל-PEOPLE שהיא נאבקה בבולימיה באותה תקופה לאחר שבמאי המופע אמר לה שהיא צריכה לרדת במשקל.
קיטון המשיכה לשתף פעולה עם וודי אלן, והופיעה בגרסת הקולנוע של "Play It Again", "Sam Sleeper" משנת 1973 ו-"Love and Death" משנת 1975.
ב-1977 קיטון כיכבה ב"הרומן שלי עם אנני" של אלן בתור הדמות הראשית. היא זכתה באוסקר לשחקנית הטובה ביותר על התפקיד. ארון הבגדים של אנני חיקה את זה של קיטון עצמה, והסרט ביסס את מקומה של השחקנית כאייקון אופנה.
תפקידיה האחרים של קיטון כללו את "Looking for Mr. Goodbar" משנת 1977, "Reds" משנת 1981 ו-"Baby Boom" משנת 1987. היא עבדה עם ננסי מאיירס בסרט "אבי הכלה" משנת 1991, בהמשכו מ-1995 וב-"Something's Gotta Give" משנת 2003, שהקנה לקיטון מועמדות נוספת לאוסקר.
לקיטון היו שני ילדים, בת בשם דקסטר ובן בשם דיוק, אותם אימצה ב-1996 וב-2001. "אמהות לא הייתה דחף שלא יכולתי לעמוד בו, זה היה יותר כמו מחשבה שחשבתי עליה הרבה מאוד זמן. אז צללתי פנימה", אמרה ב-2008.
כשהסתכלה אחורה על הקריירה שלה, קיטון אמרה ל-PEOPLE ב-2019: "אני לא יודעת כלום, ולא למדתי. להזדקן לא עשה אותי חכמה יותר. בלי משחק הייתי חריגה".
התרעות פיקוד העורף