Diane Nemerov nasce a New York il 14 marzo 1923 da una ricca famiglia ebrea di origine polacca, proprietaria della celebre catena di negozi di pellicce, chiamata "Russek's", dal nome del fondatore, nonno materno di Diane. Seconda di tre figli - il maggiore dei quali, Howard, diventerà uno dei più apprezzati poeti contemporanei americani, la minore Renée una nota scultrice - Diane vive, fra agi e attente bambinaie, un'infanzia iperprotetta, che forse sarà per lei l'imprinting d'un senso di insicurezza e di "straniamento dalla realtà" ricorrente nella sua vita.

Frequenta la Culture Ethical School, poi fino alla dodicesima classe la Fieldstone School, scuole il cui metodo pedagogico, improntato ad una filosofia umanistica religiosa, dava un ruolo preponderante al "nutrimento spirituale" della creatività. Il suo talento artistico ha quindi modo di manifestarsi precocemente, incoraggiato dal padre il quale la manda ancora dodicenne a lezione di disegno da un'illustratrice di "Russek's", tale Dorothy Thompson, che era stata allieva di George Grosz. La grottesca denuncia dei difetti umani di questo artista, agli acquerelli del quale la sua insegnante la inizia, troverà terreno fertile nella fervida immaginazione della ragazza, e i suoi soggetti pittorici sono ricordati come insoliti e provocatori. All'età di quattordici anni incontra Allan Arbus, che sposerà appena compiuti i diciotto, nonostante l'opposizione della famiglia, rispetto al livello sociale della quale è ritenuto inadeguato. Avranno due figlie: Doon ed Amy.

Da lui impara il mestiere di fotografa, lavorando insieme a lungo nel campo della moda per riviste come Vogue, Harper's Bazaar e Glamour. Col suo cognome, che manterrà anche dopo la separazione, Diane diventa un controverso mito della fotografia. La vita comune dei coniugi Arbus è segnata da importanti incontri, essendo essi partecipi del vivace clima artistico newyorkese, soprattutto negli anni '50 allorché il Greenwich Village diviene un punto di riferimento per la cultura beatnik. In quel periodo Diane Arbus incontra, oltre ad illustri personaggi come Robert Frank e Louis Faurer (per citare, fra i tanti, solo coloro che l'avrebbero più direttamente ispirata), anche un giovane fotografo, Stanley Kubrick, che più tardi da regista in "Shining" renderà a Diane l'omaggio una celebre "citazione", nell'allucinatoria apparizione di due minacciose gemelline. Nel 1957 consuma il suo divorzio artistico dal marito (il matrimonio stesso è ormai in crisi), lasciando lo studio Arbus, nel quale il suo ruolo era stato di subordinazione creativa, per dedicarsi ad una ricerca più personale. Già una decina d'anni prima aveva tentato di staccarsi dalla moda, attratta com'era da immagini più reali ed immediate, studiando brevemente con Berenice Abbott.

S'iscrive ora ad un seminario di Alexey Brodovitch, il quale già art director di Harper's Bazaar, propugnava l'importanza della spettacolarità nella fotografia; sentendolo però estraneo alla propria sensibilità ben presto comincia a frequentare alla New School le lezioni di Lisette Model, verso le cui immagini notturne e realistici ritratti si sente fortemente attratta. Costei eserciterà su Arbus un'influenza determinante, non facendone una propria emula, ma incoraggiandola a cercare i propri soggetti ed il proprio stile.

Diane Arbus si dedica allora instancabile ad una sua ricerca, muovendosi attraverso luoghi (fisici e mentali), che da sempre erano per lei stati oggetto di divieti, mutuati dalla rigida educazione ricevuta. Esplora i sobborghi poveri, gli spettacoli di quart'ordine spesso legati al travestitismo, scopre povertà e miserie morali, ma trova soprattutto il centro del proprio interesse nell' "orrorifica" attrazione che sente verso i freaks. Affascinata da questo mondo oscuro fatto di "meraviglie della natura", in quel periodo frequenta assiduamente il Museo di mostri Hubert, e i suoi spettacoli da baraccone, i cui strani protagonisti incontra e fotografa in privato.

E' solo l'inizio di una indagine volta ad esplorare il variegato, quanto negato, mondo parallelo a quello della riconosciuta "normalità", che la porterà, appoggiata da amici quali Marvin Israel, Richard Avedon, e in seguito Walker Evans (che riconoscono il valore del suo lavoro, per i più dubbio) a muoversi fra nani, giganti, travestiti, omosessuali, nudisti, ritardati mentali e gemelli, ma anche gente comune colta in atteggiamenti incongrui, con quello sguardo al tempo stesso distaccato e partecipe, che rende le sue immagini uniche.

Nel 1963 riceve una borsa di studio dalla fondazione Guggenheim, ne riceverà una seconda nel 1966. Riuscirà a pubblicare le sue immagini su riviste come Esquire, Bazaar, New York Times, Newsweek, e il londinese Sunday Times, spesso sollevando aspre polemiche; le stesse che accompagneranno nel 1965 la mostra al Museum of Modern Art di New York "Acquisizioni recenti", dove espone alcune sue opere, ritenute troppo forti e perfino offensive, accanto a quelle di Winogrand e Friedlander. Una migliore accoglienza avrà invece, soprattutto presso il mondo della cultura la sua personale "Nuovi Documenti" nel marzo del 1967 presso lo stesso museo; non mancheranno le critiche dei benpensanti, ma Diane Arbus è già una fotografa riconosciuta ed affermata. A partire dal 1965 insegna in diverse scuole. I suoi ultimi anni di vita sono all'insegna di una fervente attività, tesa forse anche a combattere con vive emozioni le frequenti crisi depressive, di cui è vittima, l'epatite che aveva contratto in quegli anni e l'uso massiccio di antidepressivi avevano minato inoltre il suo fisico.

Diane Arbus si toglie la vita il 26 luglio 1971, ingerendo una forte dose di barbiturici e incidendosi le vene dei polsi. L'anno seguente la sua morte il MOMA le dedica un'ampia retrospettiva, ed è inoltre la prima fra i fotografi americani ad essere ospitata dalla Biennale di Venezia, riconoscimenti postumi, questi, che amplificheranno la sua fama, tuttora purtroppo infelicemente collegata all'appellativo di "fotografa dei mostri".