Диана Джийн Габалдон Уоткинс е родена на 11 януари1952 г. в Уилямс, Аризона, САЩ. Баща ѝ е бил щатски сенатор от Флагстаф с мексиканско потекло, а семейството на майка ѝ е от Йоркшър, Англия. Отраства във Флагстаф.
Завършва през 1973 г. Аризонския държавен университет с бакалавърска степен по зоология, през 1975 г. Калифорнийския университет в Сан Диего с магистърска степен по морска биология, и през 1978 г. Калифорнийския университет в Сан Диего с докторска степен по поведенческа екология.
През 1977 г. се омъжва за Дъглас Уоткинс, работещ в строителство и търговията с недвижими имоти. Имат три деца – Лора Джулиет, Самюъл Гордън, Дженифър Роуз.
В периода 1972-1973 г., докато учи, е лаборант в Университета на Аризона. След дипломирането си работи като научен работник в Университета на Пенсилвания в периода 1978-1979 г., а в периода 1979-1980 г. в Университета на Калифорния, Лос Анджелис. В периода 1980-1992 г. е преподавател по екология в Центъра за изследване на околната среда в Университета на Аризона.
Тя е основател и редактор на тримесечното списание „Science Software“ през 80-те и 90-те години. Заедно с работа по него започва да пише статии и за други технологични издания. За да писането си решава да се опита да създаде историческа книга, като прави проучвания за нея в историческите издания в библиотеката. След публикация на кратък откъс от ръкописа ѝ е забелязана от писателя Джон Стет, който я свързва с литературен агент.
Първият ѝ фентъзи роман „Друговремец“ от едноименната ѝ поредица е публикуван през 1991 г. Главен герой в него е бившата медицинска сестра Клеър Рандъл участвала във Втората световна война. Тя се пренася назад във времето в 18 век в Шотландия, където среща варварина-воин Джейми Фрейзър. Книгата веднага става международен бестселър и е удостоен с престижната награда „РИТА“ за най-добър роман за 1991 г. След него тя напуска университетската си работа и се посвещава на писателската си кариера.
Другата ѝ поредица „Лорд Джон Грей“ проследява историята на маловажен исторически герой от поредицата „Друговремец“.
През 2001 г. Диана Габалдон участва в популярния за началото на века литературен експеримент, в който няколко автори пишат съвместно едно произведение. Всичките 13 авторки заедно създават романа „Naked Came the Phoenix“.
През 2010-2011 г. отново, заедно с още 25 прочути автори на криминални романи се събират, за да напишат заедно експресивния трилър „Няма покой за мъртвите“ („No Rest For the Dead“). Освен нея участници са Джефри Дивър, Питър Джеймс, Сандра Браун, Тес Геритсън, Лайза Скоталайн, Реймънд Хури, Джон Лескроарт, Кати Райкс, и др., а световноизвестният Дейвид Балдачи изготвя предговора. Всички те влагат своята изобретателност, за да опишат превратната съдба на детектива Джон Нън, който се е справял перфектно в разследванията си. Но една-единствена грешка не му дава покой и последствията от нея го преследват с години.
Произведенията на писателката неизменно са в списъците на бестселърите. Те са преведени на 236 езика и са издадени в 26 страни по света.