Née à Nisporeni en Moldavie, Diana Axentii commence sa formation musicale par l'étude du violon. Elle obtient plusieurs prix, notamment aux Concours Stefan Neaga et Barbu Lautarul. C'est alors qu'elle décide de se consacrer au chant avec Jana Vdovicenco à l'Université des Beaux-Arts de Moldavie. En 2002, elle choisit de vivre en France et poursuit ses études au Conservatoire National supérieur de musique de Lyon dans la classe d'Isabelle Germain. Elle obtient à l'unanimité du jury son premier prix de chant.

En 2003, elle obtient le 3ième Prix du Concours International "George Enescu" à Bucarest. Ensuite, en 2004, elle est lauréate du Concours international Reine Elisabeth. Elle remporte également plusieurs prix dans différents concours internationaux : le Prix spécial au Concours International de chant Montserrat Caballé (Andore), le prix des Amis du Festival d'Aix-en-Provence à l'occasion de l'Académie d'été (master class de Margreet Honig et Gwyneth Jones), le prix spécial de l'Académie au Concours international de musique de Verbier (master class de Gundula Janowitz et Thomas Quasthoff).

En 2004, elle chante le rôle de Speranza dans l'Orfeo de Monteverdi avec l'Atelier Lyrique de l'Opéra du Lyon et participe ensuite à la production de l'Académie du festival d'Aix-en-Provence de Didon et Enée de Purcell. Dans le cadre de l'Atelier d'art lyrique de l'Opéra National de Paris, elle chante Les Aveugles, création de Xavier Dayer, sous la direction de Guillaume Tourniaire au Théâtre Gérard Philippe de Saint-Denis.

On a ensuite pu l'entendre dans Julietta de Martinu, La Donna del Lago et Ariane et Barbe Bleue (Sélysette) à l'Opéra de Paris, La Tragédie florentine (Bianca), Andrea Chenier (Bersi), Les Noces de Figaro (Cherubino), L'Enfant et les Sortilèges à l'opéra de Nancy, Martha dans Frühlingserwachen, une création de Benoît Mernier à Bruxelles et à Strasbourg, une reprise de Didon et Énée (Didon) avec le Festival International d'Aix en Provence, Maria Stuarda (Anna Kennedy) à l'Opéra Royal de Wallonie, Carmen à Bordeaux et Norma à Avignon. Plus récemment elle a interprété Clotilde (Norma) à Monte Carlo et Le garçon de cuisine (Rusalka) au festival de Glyndebourne, Manon à Saint-Etienne, Cendrillon à Marseille, Ariane et Barbe-Bleue au Concertgebouw d'Amsterdam et Bersi (Andrea Chenier) au Deutscher Oper à Berlin.

En concert, on a pu l'entendre dans un concert Berlioz / Gluck sous la direction de Sylvain Cambreling au Palais Garnier, dans un concert «Vienne au temps de Lehàr» à l'Opéra Comique, le Requiem de Mozart à Antibes, ainsi que dans les Nuits d'Eté de Berlioz en concert au Palais Garnier.

Parmi ses projets, Le Comte Ory et Cléopâtre à Marseille, La Botte Secrète de Terrasse à Paris et en tournée avec la compagnie Les Brigands, la reprise de Trouble in Tahiti et L'Enfant et les Sortilèges à Rouen, La Traviata à Monte-Carlo, Rusalka à l'Opéra de Paris.