Nació en la ciudad de Nueva York y se ha convertido en una de las estrellas más aclamadas de Hollywood. Además de haber saboreado el éxito como actor, Diesel es un prominente productor y realizador.

Diesel apareció recientemente en su primera comedia para Disney, Un canguro superduro, con Faith Ford, Brad Garrett, Lauren Graham y Brittany Show, dirigida por Adam Shankman. La producción narra las aventuras y desventuras de un agente secreto que tras una fallida misión para proteger a un importante científico, debe redimirse cuidando de los hijos de este hombre, lo que le llevará a darse cuenta de que la puericultura es la misión más difícil a la que se ha enfrentado. Diesel interpretará al héroe homónimo de Hannibal, que narra la historia del general cartaginense que atravesó los Alpes a lomos de un elefante para atacar Roma en el siglo III a.C.

Anteriormente, Diesel apareció en la esperadísima película de ciencia ficción Las crónicas de Riddick en la que retomó el papel protagonista de Richard B. Riddick. Producida por la empresa de Diesel, One Race Films, es la continuación de la película de culto Pitch Black.

Diesel también ha aparecido en el thriller de acción Diablo, de la que fue también productor. En los primeros puestos de la lista de éxitos de Diesel están A todo gas, que le mereció el premio de la MTV al Mejor Equipo con el también protagonista de la película Paul Walker y una nominación a los premios de la MTV al Mejor Actor. También participó en el taquillazo XXX, de la que fue productor ejecutivo. Además interpretó un papel en Salvar al soldado Ryan, con el que fue nominado a un premio del Screen Actors Guild como parte del reparto coral de la película. Otras de sus películas son El informador, Ajuste de cuentas y su voz ha dado vida al personaje principal de El gigante de hierro, que ganó un premio Annie a la Mejor Película Animada.

Antes de participar en estas exitosas películas, Diesel escribió, produjo y actuó en el corto independiente, Multi-Facial, que analizaba el tema de ser multirracial en la sociedad contemporánea. La película sigue a Diesel, cuya madre es una mujer caucásica y cuyo padre biológico es afro-americano, durante varias audiciones en las que le dicen que es "demasiado negro" o "demasiado blanco" para el papel. Tras ver este corto en el Festival de Cannes de 1995, el director Steven Spielberg creó el personaje del Soldado Caparzo específicamente para Diesel en Salvar al Soldado Ryan. Diesel también escribió, produjo, dirigió y apareció en el largometraje, Strays, una película que él mismo define como "una Fiebre del sábado noche multicultural". El drama fue seleccionado para concurso en el Festival de Sundance de 1997.

Criado en Greenwich Village, Diesel actuó por primera vez sobre un escenario a los siete años en el Theatre for the New City en Greenwich Village y siguió trabajando en el teatro durante toda su infancia. Tras terminar el instituto se matriculó en el Hunter College, donde estudió literatura inglesa especializándose en escritura creativa. Al poco tiempo comenzó a escribir guiones.

Diesel se ha metido recientemente en la industria de los videojuegos con el lanzamiento de Tigon Studios. El primer proyecto de la empresa, "Las crónicas de Riddick: Fuga de Butcher Bay", fue un éxito de ventas para la Xbox en el verano de 2004, y apareció a la vez que la película de Diesel, Las crónicas de Riddick.