Narodila se 4. ledna 1937 v přístavním městě Tacoma ve státě Washington v židovské rodině jako Samile Diane Friesen. Pseudonym jí vymyslel producent Jerry Wald. Její otec Ben se živil jako pojišťovací agent, matka Claire byla v domácnosti. Dyan začala studovat antropologii na University of Washington, po dvou letech ale odešla do Los Angeles. Začala živit jako modelka a po herecké průpravě u Sanforda Meisnera začaly přicházet i první filmové role. Debutovala roku 1960 malou rolí v kriminálním dramatu THE RISE AND FALL OF LEGS DIAMOND. Ve stejném roce se také objevila v několika televizních seriálech.
V posledních dvaceti letech se Dyan Cannon objevuje převážně v televizní tvorbě. Čeští diváci ji mohli zaznamenat např. v seriálu ALLY MCBEALOVÁ.