Αφού τελείωσε τη Δραματική Σχολή του Εθνικού Θεάτρου, πρωτοεμφανίστηκε στο Χορό της Μήδειας του Ευριπίδη το 1942. O πρώτος της σημαντικός ρόλος ήταν αυτός της Λαίδης Καρολίνας στο έργο του Tζέιμς Μπάρρυ «Δεν φταίει το αστέρι μας», υπό τη σκηνοθετική καθοδήγηση του δασκάλου και ιδρυτή του Θεάτρου, Κάρολου Κουν. Στο θέατρο συνεργάστηκε με πολλούς θιάσους, όπως του Μουσούρη, του Ανδρεάδη, της Μανωλίδου – Αρώνη και του Χορν.
Από το 1946 έως το 1950 ήταν βασικό στέλεχος του Εθνικού Θεάτρου. Το 1949 είναι η κορυφαία του Χορού στην Ορέστεια του Αισχύλου που παρουσιάστηκε με μεγάλη επιτυχία στο Ηρώδειο, σε σκηνοθεσία του Δημήτρη Ροντήρη. Στο Εθνικό επανήλθε το 1954 και παρέμεινε έως το 1963. Εμφανίστηκε σε πολλά έργα, ενώ ξεχώρισε με την ερμηνεία της ως κορυφαία στην Εκάβη του Ευριπίδη, στον Γλάρο του Τσέχωφ ως Πωλίνα και στις Εκκλησιάζουσες του Αριστοφάνη στο ρόλο του Κήρυκα.
Το 1947 εμφανίστηκε για πρώτη φορά στη μεγάλη οθόνη, στην ταινία «Τα παιδιά της Αθήνας», αλλά ο δρόμος για τη διεθνή κινηματογραφική της καριέρα ξεκίνησε τη δεκαετία του ’60. Το 1965 εμφανίστηκε στην ταινία «No Mr Johnson» με παραγωγό τον Tζέιμς Πάρις και σκηνοθέτη τον Γρηγόρη Γρηγορίου.
Το 1967 έφυγε για τις ΗΠΑ, όπου παρέμεινε έως το τέλος της δικτατορίας, το 1974, εκφράζοντας την αντίθεσή της στο καθεστώς. Με την αχώριστη φίλη της, Μελίνα Μερκούρη, πρωταγωνίστησαν στο έργο του Ζιλ Ντασέν «Ίλια Ντάρλινγκ» (θεατρική διασκευή της ταινίας «Ποτέ την Κυριακή»), στο θέατρο Μαρκ Χέλιντζερ, στο Μπρόντγουεϊ της Νέας Υόρκης. Σταθμός στη θεατρική της πορεία θεωρείται ο ρόλος της στο «Καμπαρέ», όταν αντικαθιστώντας τη Λότε Λένια, μεταμορφώθηκε σε Φράου Φράιντερ. Την ίδια περίοδο έγινε η κινηματογραφική μητέρα του Γούντυ Άλλεν, στον «Ειρηνοποιό».
Το 1991 τιμήθηκε με το κρατικό βραβείο β” γυναικείου ρόλου για την ταινία του Θ. Σκρουμπέλου «O Τζώνη Κέλν κυρία μου». H Δέσπω Διαμαντίδου διακρίθηκε και για το πλούσιο μεταφραστικό της έργο, ενώ συνεργάστηκε με τους περισσότερους έλληνες σκηνοθέτες. Έλαβε μέρος σε πάνω από 40 ελληνικές ταινίες, από τις οποίες ξεχωρίζουν: «Θανασάκης ο Πολιτευόμενος» (1954), «Μανταλένα» (1960), «Ποτέ την Κυριακή» (1960), «H Χιονάτη και τα επτά γεροντοπαλίκαρα» (1960), «H Αλίκη στο Ναυτικό» (1961), «Άγγελοι του Πεζοδρομίου» (1962), «Τα κόκκινα φανάρια» (1963), «H γυνή να φοβείται τον άντρα» (1965).
Πέθανε στις 18 Φεβρουαρίου του 2004.
Time in Athens 
