Keaton zagrała w ponad 60 filmach, m.in. w trylogii „Ojciec chrzestny”, „Ojciec panny młodej”, „Zmowie pierwszych żon”, a także w ośmiu filmach Woody Allena, takich, jak „Manhattan”, „Zagraj to jeszcze raz, Sam”, „Śpioch”, „Tajemnica morderstwa na Manhattanie" czy „Wnętrza”.

Zdobyła nominacje do Oscara dla najlepszej aktorki za rolę amerykańskiej dziennikarki Louise Bryant w politycznym dramacie z 1981 roku „Czerwoni”, za rolę troskliwej ciotki Leonarda DiCaprio w rodzinnej sadze z 1996 roku „Pokój Marvina” oraz za rolę u boku Jacka Nicholsona w romantycznej komedii z 2003 roku „Lepiej późno niż później”.

Jednak to film „Annie Hall”, który Allen luźno oparł na swoim związku z Keaton, ugruntował jej pozycję jako znakomitej aktorki.

Jej ostatnim filmem była komedia „Summer Camp” z 2024 roku, w której zagrała u boku Eugene’a Levy’ego i Kathy Bates. Keaton była również reżyserką, scenarzystką, producentką i fotografką, a jej pasją było odnawianie kalifornijskich rezydencji. Szczegółowo opisała swoje życie w dwóch pamiętnikach: „Then Again” z 2011 roku, w którym przyznała, że ​​w wieku 20 lat cierpiała na zaburzenia odżywiania – bulimię, oraz „Let's Just Say It Wasn't Pretty” z 2014 roku.

Na zdjęciu Diane Keaton przed rokiem na US Open