После окончания средней школы в 1970 году начала активно выступать в различных мюзиклах и пьесах, а также училась в Бостонской консерватории. Учась в ней, Венора выиграла стипендию на обучение в Джульярдской школе в Нью-Йорке, которую актриса окончила в 1977 году. После окончания обучения она начала работать в театре, в первую очередь играя в шекспировских пьесах. На большом экране она дебютировала в 1981 году с главной женской ролью в фильме «Волки» вместе с Альбертом Финни и Грегори Хайнсом, а в последующие несколько лет была заметна в картинах «Клуб «Коттон»» и «Иллюзия убийства».
В 1988 году Дайан Венора получила хорошие отзывы от критиков за исполнение роли многострадальной жены Чарли Паркера в биографическом фильме Клинта Иствуда «Птица». Эта роль принесла ей несколько премий различных критиков, а также номинацию на «Золотой глобус». С 1980 по 1989 год она была замужем за кинооператором Анджеем Бартковяком и после развода актриса на пять лет покинула экраны чтобы посвятить себя воспитанию дочери. В 1994 году она вернулась в профессию с ролью в телесериале «Надежда Чикаго», а в следующем году снялась вместе с Аль Пачино и Робертом Де Ниро в фильме «Схватка». За роль проблемной жены героя Аль Пачино в фильме актриса получила похвалу от критиков и в последующие несколько лет она имела стабильную карьеру в большом кино. Она сыграла роль Леди Капулетти в фильме 1996 года «Ромео + Джульетта», а после снялась в фильмах «Шакал», «Настоящее преступление», «Тринадцатый воин» и воссоединилась с Аль Пачино в ленте «Свой человек».
