Während ihrer Karriere als Schauspielerin trat Muldaur vorwiegend in Fernsehproduktionen und -serien auf.
Von 1969 bis 1970 spielte sie die Rolle der Belle in der 15-teiligen Serie Die Macht des Geldes(The Survivors), von 1970 bis 1977 hatte sie eine Rolle in der Krimiserie Ein Sheriff in New York (Originaltitel: McCloud) mit Dennis Weaver. In der 13-teiligen Fernsehserie Frei Geboren um die Löwin Elsa von 1974 stand sie in der Rolle der Naturforscherin Joy Adamson vor der Kamera. Eine Gastrolle hatte Diana Muldaur 1973 in der Serie Kung Fu (Folge: The Elixir) sowie 1976 in der ersten Folge der Serie Drei Engel für Charlie.
Muldaur spielte 1988 die Ärztin Katherine Pulaski in der zweiten Staffel der Science-Fiction-Serie Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert (Originaltitel: Star Trek: The Next Generation). Hier ersetzte sie Gates McFadden, die nach der ersten Staffel der Serie entlassen worden war.[1] Muldaur verlängerte ihren Vertrag nicht für die folgenden Staffeln.[2] Zuvor war Muldaur bereits in der Originalserie Raumschiff Enterprise (1966–69) in zwei Folgen in Gastrollen aufgetreten. Nach ihrem Ausscheiden bei Star Trek übernahm sie die Rolle der Rosalind Shays in der Anwaltsserie L.A. Law. Für diese Rolle war sie 1990 und 1991 für den Emmy als Beste Nebendarstellerin in einer Drama-Serie nominiert.[3]
1983 wurde sie zur Präsidentin der Academy of Television Arts & Sciences gewählt und ist damit bis heute die einzige Frau, die diesen Posten innehatte. Nach dem Ende ihrer zweijährigen Amtszeit stellte sie sich nicht zur Wiederwahl.
