En 1966, Diane Holum est devenue la plus jeune personne à avoir jamais participé aux championnats du monde. Ce fut le début d’une brillante carrière de patineuse de vitesse qui l’a vue remporter plus de médailles que n’importe quelle Américaine dans l’histoire des Jeux d’hiver.

Elle a remporté deux médailles aux Jeux de Grenoble 1968 et, dans l’intervalle entre les Jeux olympiques, est devenue moins une sprinteuse qu’une patineuse de fond.

Lors des Jeux de Sapporo 1972, elle a finalement obtenu une médaille d’or et a ajouté une quatrième médaille avec une deuxième place au 3000 mètres olympique.

Après avoir pris sa retraite en tant que compétitrice, Diane Holum est devenue une entraîneure réputée. Elle comptait parmi ses nombreux élèves le célèbre Eric Heiden qui sera consacré quintuple champion olympique aux Jeux de Lake Placid 1980. Pour ses réalisations en tant qu’entraineure, Holum a été intronisée au Temple de la renommée du sport féminin international en 1996.