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Dans sa jeunesse, on disait qu'elle était très sensible et qu'elle deviendrait une des plus belles filles du Régent. Du fait de son sexe, sa naissance ne fut pas perçue de façon très positive. À la mort de son père en 1723 au château de Versailles, âgé de quarante-neuf ans alors, son frère Louis d'Orléans hérite du titre de duc et il épouse en 1724 Auguste de Bade-Bade, princesse du margraviat de Bade.
Durant la cérémonie, sa cousine Élisabeth-Alexandrine de Bourbon-Condé eut ainsi l'honneur de porter sa traîne. Louise-Diane avait quinze ans. Après son mariage, le titre d'Altesse Sérénissime lui fut alors transmis. Son époux avait obtenu son titre de prince de Conti après la mort de son père Louis-Armand II de Bourbon-Conti durant l'année 1727. De cet union naquirent alors deux enfants :
Louise-Diane meurt en couches le au château d'Issy, proche de Paris. Elle fut enterrée en l'église Saint-André-des-Arts. À sa mort, la nouvelle reine Marie Leszczynska étant autrement engagée fit envoyer la cousine de la défunte, Marie-Anne de Bourbon pour la représenter à Issy. Son époux, qui n'avait que dix-neuf ans, en éprouva un profond chagrin et ne se remaria jamais, sa descendance étant assurée.
