Fille d'un pilote dans l'armée américaine et d'une infirmière écossaise, Dianne Wiest se destine d'abord à une carrière de danseuse. A 16 ans, elle se tourne vers le théâtre, et intègre l'American Shakespeare Company. Dans les années 70, Dianne Wiest multiplie les rôles au théâtre et à la télévision. Ses prestations lui valent déjà plusieurs récompenses. Elle apparaît pour la première fois au cinéma en 1980 dans C'est ma chance, aux côtés de Michael Douglas et Jill Clayburgh, et on la remarque dans Footloose, comédie à succès avec Kevin Bacon.

Dianne Wiest accède à une reconnaissance internationale grâce à ses rôles dans les films de Woody Allen, dont elle devient une actrice fétiche dans les années 80. Le cinéaste new-yorkais la fait tourner dans une série de films qui appartiennent à sa veine la plus mélancolique. Après une première apparition dans La Rose pourpre du Caire, Dianne Wiest obtient un Oscar du meilleur second rôle féminin pour sa prestation dans Hannah et ses soeurs, avec Mia Farrow et Barbara Hershey. Leur collaboration se poursuit avec Radio Days, puis September. En 1994, sa composition de comédienne de théâtre capricieuse dans le burlesque Coups de feu sur Broadway lui vaut un deuxième Oscar dans la même catégorie.

Le cinéma américain fait régulièrement appel à Dianne Wiest pour interpréter des rôles de mère fantasque, de Génération perdue à Merci... Dr Rey ! en passant par Portrait craché d'une famille modèle. Parmi ses rôles les plus marquants dans les années 90, citons Peg Boggs, la femme qui découvre, et adopte, la créature incarnée par Johnny Depp dans Edward aux mains d'argent (1990) de Tim Burton, puis la psychiatre du Petit homme (1991), premier film réalisé par Jodie Foster. Belle-soeur de Robert Redford dans L'Homme qui murmurait a l'oreille des chevaux (1996), elle prête sa voix à l'odieuse mère du héros animé de Robots et joue les confidentes dans le thriller paranormal Les Passagers. Mais cette ex-égérie de Woody Allen reste associée à des films très new-yorkais comme Synecdoche, film à tiroirs de Charlie Kaufman dans lequel elle joue le rôle d'une actrice, ou Rage, regard décalé sur l'univers de la mode.