Cannon se narodila ve státě Washington v roce 1937 jako Samile Diane Friesen. Pseudonym jí vymyslel až v pozdější době její pruducent. Její matka, Claire, byla žena v domácnosti a její otec Ben prodával životní pojištění. Cannon byla vychována v židovské víře její matky. Dyanin otec byl baptista. Navštěvovala střední školu West Seattle. Její mladší bratr je jazzový basák David Friesen. 22. července 1965 se vdala za herce Caryho Granta, který byl o 33 let starší. Měli jednu dceru, Jennifer (narozená 26. února 1966), která je také herečkou. Byli rozvedeni 21. března 1968.Cannon se v roce 1985 vdala za realitního investora Stanleyho Fimbergema. Rozvedli se v roce 1991. Debutovala v roce 1960 v deketivním fimu The rise and fall of legs diamond. Mezi její další filmy patří například Pomsta růžového partnera, Number one, který byl jejím autorským dílem.