Diane Lane est née à New York. Fille de la chanteuse de cabaret Colleen Farrington et du professeur d'art dramatique Burt Lane, elle fait ses débuts dès l'âge de 6 ans au Café LaMama, un des temples du théâtre d'avant-garde américain. Durant 5 ans elle participe aux tournées mondiales de cette troupe en jouant dans des pièces telles que Médée, Electre, La bonne âme de Sé-Tchouan, Comme il vous plaira. Parallèlement elle mène une brillante scolarité et est admise dans une classe de surdoués du Collège Hunter.
A 12 ans elle donne la réplique à Meryl Streep dans La Cerisaie puis incarne Iphigénie dans Agamemnon. 2 ans plus tard, elle débute en vedette aux côtés de Laurence Olivier dans I love you, je t'aime de George Roy Hill. Elle s'essaie ensuite au western avec Cattle Annie and Little Britches de Lamont Johnson ainsi qu'au film d'action avec Les rues de feu de Walter Hill avant de s'imposer dans 3 films de Francis Coppola : Outsiders, Rusty James avec Matt Dillon et Cotton Club.
A sa filmographie s'ajoute des titres comme Face à face de Carl Schenkel, Chaplin de Richard Attenborough où elle interprète le rôle de Paulette Goddard, Judge Dredd de Danny Cannon où elle partage l'affiche avec Sylvestre Stallone, Wild Bill de Walter Hill avec Jeff Bridges, Jack de Francis Coppola.
Elle obtient en 1999 une citation à L'Independent Spirit Award pour son rôle dans Le choix d'une vie de Tony Goldwyn. On l'a vu dans En pleine tempête de Wolfgang Petersen aux côtés de George Clooney et Mark Wahlberg et La prison de verre de Daniel Sackheim.
D'autres récompenses viennent auréoler sa carrière, ainsi elle a été citée à l'Emmy pour sa participation à la mini-série Lonesome Dove. En 1995 elle interprète le personnage de Stella dans l'adaptation d'Un tramway nommé désir aux côtés d'Alec Baldwin et Jessica Lange, et compte parmi ses autres apparitions télévisées The oldest living confederate widow tells all avec Donald Sutherland, Cicely Tyson et Anne Bancroft.
Elle a participé également à l'épisode Murder Obliquely de la collection policière Fallen angels, la dramatique Grace and Glorie avec Gena Rowlands et le téléfilm The Virginian réalisé et interprété par Bill Pullman. Elle est à de Infidèle de Adrian Lyne aux côtés de Richard Gere qu'elle n'avait pas eu pour partenaire depuis 18 ans et Cotton Club. Elle interprète le rôle de Constance Summer, femme adultérine qui brise la vie de son entourage.
En 2005, on l'a retrouve à l'affiche du film de Gary David Goldberg, Must love dogs. Puis 2 ans plus tard dans Hollywoodland de Allen Coulter. L'année suivante, elle fait partie du casting de Jumper, super-héros qui peut se téléporter où bon lui semble.
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