Nata ad Algermissen in Germania, Diane Kruger è figlia di un'impiegata di banca e di un informatico. Iniziò a muovere i primi passi nel mondo dello spettacolo studiando danza a Londra, quando era ancora una bambina, ma in seguito ad un infortunio fu costretta a smettere e a puntare sulla carriera di modella, a Parigi.
Nel 1992, a quindici anni, vinse il titolo Look of the Year dell'agenzia Elite e iniziò a studiare recitazione, ottenendo qualche ruolo in pellicole francesi. Nello stesso periodo decise di cambiare cognome per renderlo più facile da pronunciare.
Nel 2002 debuttò in The Piano Player, un thriller poliziesco di Jean Pierre-Roux nel quale recitò accanto a Dennis Hopper e Christopher Lambert. Cerca di far emergere le sue doti recitative in pellicole come Autoreverse, Adrenalina blu - La leggenda di Michel Vaillant, quindi nel thriller Appuntamento a Wicker Park e Il colore della libertà.
La ribalta internazionale vera e propria arriva, però, con la partecipazione a grandi blockbuster come Troy, dove il suo fascino d'altri tempi è consacrato nel ruolo di Elena, e la serie de Il mistero dei templari, dove dà man forte all'archeologo interpretato da Nicolas Cage. Non disdegna però di ritornare in Francia, recitando in Joyeux Noël - Una verità dimenticata dalla storia e Frankie. Accorre al capezzale del grande compositore tedesco in Io e Beethoven, e sembra voler perseguire la strada del cinema impegnato e d'autore con Il colore della libertà e L'età barbarica.
Il ritorno alle grandi produzioni avviene con il fantascientifico e visionario Mr. Nobody, dove è accanto a Jared Leto. Quentin Tarantino non può naturalmente resistere al suo ammaliante fascino teutonico, e la assolda in Bastardi senza gloria per impersonare l'attrice collaborazionista Bridget Von Hammersmark, coinvolta tra l'altro in una delle scene più celebri del film (quella della taverna). Concessasi un cameo nella serie tv di culto Fringe, è tornata al cinema nel thriller a sfondo berlinese Unknown - Senza identità con Liam Neeson.
Nel 2001 la Kruger ha sposato l'attore francese Guillaume Canet, dal quale ha divorziato nel 2006. I due hanno avuto anche l'occasione di recitare insieme in Joyeux Noël - Una verità dimenticata dalla storia. Adesso Diane è sentimentalmente legata all'attore Joshua Jackson.
Nel 2007 l'attrice è stata madrina delle cerimonie d'apertura e chiusura della 60esima edizione del Festival di Cannes.
2017 Premio Miglior attrice per Oltre la notte
2010 Premio Migliore Attrice Non Protagonista per Bastardi senza gloria
2010 Candidatura Migliore attrice non protagonista per Bastardi senza gloria
2010 Candidatura Miglior attrice non protagonista per Bastardi senza gloria
2005 Candidatura Miglior attrice non protagonista per Il mistero dei templari
2010 Premio Migliore performance dell'intero cast per Bastardi senza gloria
2008 Candidatura Miglior attrice per un film azione/avventura per Il mistero delle pagine perdute
2023 Recitazione
2022 Recitazione
2017 Recitazione
2015 Recitazione, Recitazione
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Diano Kruger ha ricordato gli esordi particolarmente complicati e lo shock dopo il successo di Troy, che l'ha spinta a chiedersi se volesse davvero fare l'attrice.