Rođena je 5. siječnja 1946. kao Diane Hall. Bila je najstarije od četvero djece. Njen otac Jack Hall je bio inženjer, a majka Dorothy Keaton domaćica i fotografkinja amaterka. Otac je porijeklom iz irsko-američke katoličke obitelji, a majka iz metodističke. Keaton je pod majčinim utjecajem odgojena kao metodist. Želja za glumačkom karijerom javila se kad je vidjela majku kako osvaja dramsku nagradu “Gđa. Los Angeles” za domaćice. Keaton je tvrdila da ju je teatralnost tog događaja inspirirala da postane kazališna glumica.

Nikad se nije udavala, a bila je u vezi s pravim macanima Hollywooda – Warren Beatty, Jack Nicholson, Al Pacino, Woody Allen, Jack Nicholson….. o svemu tome je rekla: “Menadžerske sposobnosti neophodne su za takve muškarce, a ja nisam menadžerski tip.” Posvojila je sina i kćer, te priznala da je tijekom života pravila brojne pogreške, ali da je naučila da je najvažnija stvar u životu iskoristiti svaki dan i zabaviti se.