D’origine libanaise, Audrey Diwan est née en 1980 en France. Passionnée de littérature, elle se tourne rapidement vers le journalisme. Elle débute dans la presse écrite (Tecknikart, Glamour) avant de rejoindre le petit écran où elle est chroniqueuse dans plusieurs émissions consacrées au septième art comme Cinémas (France 5) ou La quotidienne du cinéma (TPS Star). En 2013, elle est nommée directrice éditoriale du magazine Stylist.
En 2007, la journaliste publie son premier roman La fabrication du mensonge, sur le thème du mariage, qui reçoit le Prix René-Fallet 2008, ainsi que le prix Claude Chabrol à Saumur.En 2008, elle participe au recueil collectif 11 femmes, 11 nouvelles inédites parmi lesquelles Anne Plantagenet, Anna Rozen ou Brigitte Giraud, avec une nouvelle intitulée Toute nue. En 2009, elle revient en librairie avec l’ouvrage De l’autre côté de l’été.
Parallèlement, Audrey Diwan met sa plume au service de nombreux réalisateurs pour le petit écran (De feu et de glace, Twenty Show, Mafiosa, le clan). Elle participe à l’écriture des scénarios de plusieurs long-métrages de Cédric Jimenez, Aux yeux de tous (2010), La French (2012), HHhH (2015) et BAC Nord (2020).
En 2019, la scénariste passe derrière la caméra pour réaliser son premier film, Mais vous êtes fous, porté par Céline Sallette et Pio Marmaï. En 2021, elle signe son deuxième long-métrage, L’Evènement, adapté du récit autobiographique d’Annie Ernaux qui raconte son avortement clandestin au début des années 60. Le 12 septembre 2021, le film rafle le Lion d’Or lors du 78ème Festival de Venise. Le film doit sortir en salles en février 2022.
Côté vie privée, Audrey Diwan a deux enfants. Elle a partagé la vie du réalisateur Cédric Jimenez.