Diplômé de l’Académie centrale d’art dramatique de Pékin, Diao Yinan démarre sa carrière au cinéma en cosignant le scénario de « Spicy love soup » en 1997, puis de « Shower » en 1999, tous deux réalisés par Zhang Yang. Il écrit également « All the Way » qui sera mis en scène par Shi Runjiu en 2001.

En 2003, Diao Yinan fait ses premiers pas comme comédien dans « All Tomorrow’s Parties » de Yu Lik Wai qui est présenté en sélection officielle au Festival de Cannes dans la section Un certain regard.
La même année, il écrit et réalise « Uniform ». Ce premier long métrage de fiction lui vaut le Grand Prix au Festival international du film de Vancouver. Il reçoit également le soutien du Hubert Bals Fund avant d’être présenté en compétition au festival de Rotterdam en 2004.

En 2007, Diao Yinan signe son deuxième long métrage. « Train de Nuit » est sélectionné au Festival de Cannes où il est projeté dans la section Un certain regard. L’accueil enthousiaste de la critique, qui salue son style minimaliste, permet au film de trouver des distributeurs dans toute l’Europe. « Train de nuit » sort en France en janvier 2008.

En 2013, Diao Yinan s’attèle à son troisième long métrage. En compétition au dernier festival de Berlin, « Black Coal » remporte l’ours d’or du meilleur film et l’ours d’argent du meilleur acteur pour Liao Fan.
Diao Yinan est également une figure centrale du théâtre chinois d’avant-garde. Il a écrit plusieurs pièces dont « A Fastrunner or Nowhere to Hide », « Pavel Korchigan » et « Camarade Ah Q ».