Elle est la fille de Ronald et Mary Agron, Dianna Agron a grandi à Burlingame, Californie, dans la banlieue de San Francisco. Elle a un frère cadet nommé Jason. La famille de son père est originaire de Russie et leur nom de famille, « Agronsky », fut raccourci par les officiels d'Ellis Island. Elle a fait ses études à Burlingame High School en Californie. Adolescente, elle a donné des cours de danse. Elle est apparue dans plusieurs séries télévisées telles que Les Experts : Manhattan, Close to Home : Juste Cause ou Numbers et a obtenu un rôle dans Veronica Mars. Son rôle le plus notable jusqu'à présent, est celui de Quinn Fabray dans la série télévisée Glee où elle joue le rôle d'une pom-pom girl qui tombera enceinte. Dans la vie, elle est très proche de Lea Michele (Rachel Berry dans Glee), puisqu'elles ont vécu en colocation pendant sept mois. En 2010, Dianna a réalisé le clip de Body, du groupe Thao with the Get Down Stay Down.Elle est arrivée 26e dans le top Hot 100 du site Afterellen.com en 2010, puis 8e en 2011 et 2e en 2012. Elle est végétarienne et soutient la PETA. Elle joue d'ailleurs dans Bold Native, un film de 2010 qui explore le problème des droits des animaux. Elle soutient également la recherche contre Alzheimer, ses grand-mères étant atteintes de cette maladie, ainsi que les droits homosexuels. Elle est amie avec Jessica Szohr depuis l'âge de 5 ans. Elle est juive et est très attachée aux valeurs du judaïsme.
En 2013, Dianna tiendra un rôle dans les films Paranoia (aux côtés de Ashley Benson, Liam Hemsworth et Harrison Ford notamment) et Malavita de Luc Besson où elle jouera Belle Blake, la fille du couple formé par le duo De Niro/Pfeiffer. Elle a également passé le casting pour le rôle de "Mélanie Stryder" dans les Âmes vagabondes mais c'est Saoirse Ronan qui a obtenu le rôle.

J'ai 15 ans, je vis en Californie et je suis chanteuse. Je ne suis pas connue comme Selena Gomez, Christina Aguilera, etc, mais chanter est ma passion et tout le tralala x) Je suis aussi une danseuse et je prend des cours de theatre. Je suis un full package, lol. Je suis une des filles populaires du lycée et je fais parti des Cheerleaders( je suis la leader du groupe ), comme dans les films . Alors, maintenant, vous savez ma vie

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