Народилась у селі Білоусівка, Драбівського району Черкаської області. Музичну освіту здобула в Києві, де навчалася спочатку в музичному училищі ім. Глієра, а потім і у консерваторії.

Перші кроки на сцені робила в середині 1950-х у складі хорової капели "Думка". З 1962 і по 1988-й — солістка Київської філармонії.

В основі репертуару Діани Гнатівни твори українських та зарубіжних класиків. Звичайно ж, особливе місце відводиться і українським народним пісням.

З 1961-го року Діана Петриненко викладає у Київській консерваторії, з 1985-го року — її професор. За десятиліття педагогічної діяльності виховала цілу низку видатних співаків та спіачок.

Діана Петриненко — мати Тараса Петриненко, відомого українскього співка.