Diane Dixon remporte son premier titre international lors des Jeux mondiaux en salle 1985 de Paris en réalisant 53 s 35 sur 400 m. Sélectionnée pour les Jeux olympiques de 1988, elle termine deuxième du relais 4 × 400 m aux côtés de ses compatriotes Denean Howard-Hill, Valerie Brisco-Hooks et Florence Griffith-Joyner. Les États-Unis sont devancés par l'équipe d'URSS qui établit à l'occasion un nouveau record du monde en 3 min 15 s 18. En individuel, Dixon est éliminée au stade des demi-finale du 400 m mais réalise la meilleure performance de sa carrière en 49 s 84. En 1991, Diane Dixon remporte le 400 m des Championnats du monde en salle de Séville.