Gimė 1976 m. gegužės 28 d. Rietave, Plungės r. Gyvena Italijoje.

1983–1984 m. mokėsi Plungės r. Žadvainių devynmetėje mokykloje, 1984–1988 m. – Rietavo vidurinėje mokykloje, 1988–1990 m. – Panevėžio internatinėje sporto mokykloje. 1995 m. baigė Panevėžio žemės ūkio ir hidromelioracijos technikumą.

Pasiekimai. 9 kartus Lietuvos plento dviračių čempionė: grupinių 50 km (1993), 80 km (1999), 20 km (2003), 75 km (2004), 90 km (2006), pavienio starto 20 km (1996), 15 km (2004), 21 km (2009) ir komandinių 50 km (1993) lenktynių. 4 kartus Lietuvos vicečempionė: grupinių 64 km (2003), 96 km (2007), 99 km (2009) ir pavienio starto 21 km (2008) lenktynių. Baltijos jūros šalių žaidynių (1993) 45 km grupinių plento dviračių lenktynių 1 vietos laimėtoja. Europos jaunių plento dviračių 65 km grupinių lenktynių (1996 Manou, Didžioji Britanija) vicečempionė, dukart Europos jaunimo (iki 23 m.) pavienio starto lenktynių čempionė (24 km 1997 Vilachas, Austrija; 16 km 1998 Upsala Švedija), 75 km grupinių lenktynių vicečempionė (1998 Upsala). Pasaulio jaunių 60 km grupinių lenktynių čempionė, čempionato 10 km pavienio starto lenktynių bronzos medalininkė (1994 Kitas, Ekvadoras), pasaulio 50 km komandinių lenktynių vicečempionė (1994 Palermas, Italija), 103,2 km grupinių lenktynių čempionė (1998 Valkenborgas, Mastrichtas, Belgija) ir čempionato 113,75 km grupinių lenktynių bronzos medalininkė (1999 Trevizas, Verona, Italija). Pasaulio treko dviračių sporto čempionatų dalyvė: 1995 Bogotoje (Kolumbija), 2003 Štutgarte (Vokietija). 2 kartus Pasaulio taurės laimėtoja (1998 – 6 etapai, 2000 – 7 etapai). Daugiadienių plento dviračių lenktynių „Tour de France“ 1 vietos laimėtoja (1999). Dvejų olimpinių žaidynių dalyvė: 1996 Atlantoje (JAV) grupinėse plento dviračių lenktynėse nuotolio nebaigė, 2000 Sidnėjuje (Australija) 120 km grupinėse lenktynėse laimėjo bronzos medalį, 31,2 km pavienio starto lenktynėse užėmė 9 vietą.

Apdovanojimai: Lietuvos metų sportininkė (1998). Lietuvos tautinio olimpinio komiteto prizas „Šaulys“ (1998), Didžiojo Lietuvos kunigaikščio Gedimino ordino Komandoro kryžius (1998), Komandoro didysis kryžius (1999). Rietavo garbės pilietė (2001).

Treneriai: Zigmas Šniūrevičius (pirmasis), Antanas Jakimavičius, Valerijus Konovalovas.

Septynis ratus [Sidnėjaus] Šimtmečio, Karalienės ir Moore‘o parkus juosiančiais ir skiriančiais keliais reikėjo įveikti dviratininkėms, kurios dalyvavo olimpiados grupinėse lenktynėse. Tie septyni 17,1 km ilgio ratai – iš viso 119,7 km – lenktynių dalyvėms tapo pragariškų kančių ratais. Trims dviratininkėms – olandei Leontien Zijlaard, vokietei Hankai Kupfernagel ir lietuvei Dianai Žiliūtei – už visas kančias ir pastangas buvo atlyginta olimpiniais medaliais. Lietuvos dviratininkė pelnė bronzos medalį, akimirką pralenkusi didžiausią Australijos dviračių sporto žvaigždę ir viltį Anną Wilson. <…>

Lenktynių dalyvėms įveikus tris ratus, pradėjo lyti ir lijo beveik be perstojo visą laiką. Varžybų dalyvėms buvo paslaugiai tiesiamos plonos neperšlampamos striukelės. Bet tik nedaugelis jas priėmė. „Jos padidina oro pasipriešinimą. Geriau kentėti lietų ir šaltį“, – finišavusi sakė D. Žiliūtė. Tada D. Žiliūtės kaklas jau buvo apvyniotas rankšluosčiu, o Lietuvos komandos masažuotoja italė Simona Pisoni nusivilko savo striukelę, kad nors kiek sušildytų dviratininkę.

„Lietus buvo baisus ne tik dėl šalčio. Kai pradėjo lyti, kelias pasidarė labai slidus, o visi manevrai – dar pavojingesni“, – pasakojo D. Žiliūtė. – „Buvo labai sunku, o pabaigoje ir baisu, kad tiek iškentėjus nepavyks įsisprausti į pirmą trejetą. Per lenktynes taip prisikankinome, ypač per paskutinius du ratus, kad kojose jau, rodėsi, visai neliko jėgos – jos buvo kaip vatinės, o A. Wilson – labai arti. Bet, ačiū Dievui, paskutines jėgas pavyko sukrapštyti ir atsilaikiau.“ (Iš: Grinbergienė, Roma, Kazilionis, Remigijus, Kulbis, Mindaugas. Lauktuvės iš Sidnėjaus. Vilnius, 2000, p. 82–83)