Trong một gia đình 5 chị em gái đều mang tên Liên: Quỳnh Liên, Phượng Liên, Diễm Liên, Thảo Liên, Mai Liên. Mẹ cô cũng tên là Thu Liên. Cha cô là một nhà báo, sau 1975 từng đi học tập cải tạo trong 13 năm.Từ khi còn ở Việt Nam, Diễm Liên đã bắt đầu tham gia ca hát. Qua chị gái là Quỳnh Liên, nhạc sĩ Tùng Giang đã phát hiện ra cô trong một lần đi hát tại vũ trường ở Đà Lạt. Năm 1991, Diễm Liên cùng gia đình sang Hoa Kỳ định cư theo diện HO.
Diễm LiênVào năm 1992, khi đang ở California, Diễm Liên gặp lại Tùng Giang. Sự nghiệp âm nhạc của cô bắt đầu khi được Tùng Giang đưa tới hát ở vũ trường Ritz của nhạc sĩ Ngọc Chánh. Lúc ấy, vì chưa đủ 21 tuổi để có thể đi hát ở vũ trường, cô phải mượn căn cước của chị mình. Sau đó cô cộng tác cùng trung tâm nhạc Mây trong các chương trình Hollywood night. Trung tâm Thúy Nga mời cô trong các chương trình Paris by night, tên tuổi của cô được thực sư biết đến với ca khúc Con yêu.Năm 1999, cô thành hôn với một sĩ quan gốc Việt của Quân đội Hoa Kỳ và có một con trai. Sau một thời gian vắng bóng, Diễm Liên trở lại ca hát như một nghệ sĩ độc lập và cộng tác với trung tâm Tình.
Năm 2001, Hội âm nhạc nghệ thuật Nam Cali mời cô hát trong một chương trình nhạc thính phòng, Diễm Liên đã trình bày ca khúc Cơn mưa phùn của Đức Huy. Rồi cô còn trình diễn cùng ban Ngàn Khơi với hai nhạc phẩm Nương chiều và Người tình không chân dung. Sau đó cô tiếp tục xuất hiện trong nhiều chương trình thính phòng khác. Cùng với Trần Thái Hòa, Ngọc Hạ… Diễm Liên là một trong những ca sĩ trẻ ở hải ngoại thành công với dòng nhạc này. Hiện nay cô cộng tác với Trung tâm Asia.