Nata a San Francisco - in California - nel gennaio 1932, vive rapporti familiari molti difficili - che ne segneranno la personalità - e dedica la maggior parte della sua vita all'osservazione ed allo studio dei gorilla. La sua attività si svolge prevalentemente sulle montagne e nelle foreste del Ruanda, nel Volcanoes National Park, inizialmente come assistente del noto paleontologo Louis Leakey.

Si diploma a San Francisco, frequenta la facoltà di veterinaria dell''Università della California e in seguito studia terapia occupazionale al San Jose State College, dove si laurea nel ‘54. Lavora nel Kentucky come direttore del dipartimento di terapia occupazionale Kosair Crippled Children Hospital di Louseville e comincia ad interessarsi ai gorilla dopo aver letto il libro dello zoologo George Schaller.

Nel ’63 compie il suo primo viaggio in Africa e vi rimane per sei settimane. In Tanzania incontra il dottor Louis Leakey e sua moglie Mary, i quali in quelle zone ricercavano fossili umani. Dopodiché si reca nello Zaire e lì entra per la prima volta in contatto con alcuni gorilla.

Fa ritorno negli Stati Uniti  finché, nel ’67, Louis Leakey la contatta  per una stabile attività di studio a lungo termine sui gorilla. Sarà l’inizio della sua nuova vita. Dian Fossey osserverà e studierà numerosi aspetti della biologia e delle relazioni sociali in gruppi di gorilla studiando i cambiamenti apportati dalle femmine, il comportamento dei maschi a dorso argentato e i metodi che i gorilla adottano per riciclare le sostanze nutritive. La sua attività beneficerà  del finanziamento della fondazione di Leakey e del National Geographic.

Nel ’68, in una remota foresta situata nella provincia del Ruhengeri - in Ruanda -,  fonda il Karisoke Research Center, con l’obiettivo di osservare i gorilla. I suoi studi avranno un tale successo che nel ‘70 il National Geographic Magazine invierà Bob Campbell, uno fra i suoi migliori fotografi, per documentare il suo lavoro.

Campbell realizzerà un  reportage fotografico che farà assurgere Dian Fossey a  fama mondiale. La nota fotografia che mostra il gorilla “Peanuts” toccare la mano della zoologa è il primo documento che testimonia un contatto pacifico fra un essere umano e un gorilla selvatico.

Nell’80 viene riconosciuta come il più importante ricercatore al mondo sulla fisiologia e sul comportamento dei gorilla di montagna. La zoologa sfrutterà la sua celebrità per far conoscere al mondo la causa dei gorilla e intraprenderà dure battaglie per salvaguardare sia l'habitat dei gorilla contro il turismo selvaggio che rovinava i loro territori, sia i gorilla medesimi contro la minaccia dei bracconieri, che spesso li uccidevano  o li catturavano per venderli agli zoo nel mondo.

Il suo libro Gorillas in the Mist viene ancora oggi considerato come uno fra i migliori manuali per lo studio delle abitudini dei gorilla. L'assassino di Dian Fossey  rimane tuttora ignoto e la sua morte è ancora avvolta in un fitto mistero.

Numerose le ipotesi al riguardo. Farley Mowat, il suo biografo , nel suo libro Woman in the Mists, scrive che, con ogni probabilità la morte della studiosa è da attribuirsi a chi in Ruanda non solo non aveva interesse alcuno a salvaguardare i gorilla, ma vedeva in lei una minaccia per lo sviluppo del turismo nella regione. Sicuramente il suo lavoro disturbava numerosi settori d’interesse.

Dopo la sua morte, verrà creato il “Dian Fossey Gorilla Fund International”, con l’obiettivo  di trovare fondi da destinare alla salvaguardia dei primati. Inoltre, alcuni amici della studiosa, fra i quali la dottoressa Shirley McGreal, proseguiranno la sua opera, collaborando ancora con l’ IPPL (International Primate Protection League).

Alcuni mesi prima della sua uccisione, Dian Fossey aveva firmato un contratto da un milione di dollari con la Warner Bros per la realizzazione di un film basato sulla sua vita. Nel ‘88 esce Gorillas in the Mist: The Story of Dian Fossey (Gorilla nella nebbia), diretto da Michael Apted e interpretato da una superlativa Sigourney Weaver (Nomination all’Oscar come Miglior Attrice Protagonista) nel ruolo di Dian Fossey e dall’australiano Brian Brown in quello di Bob Campbell.