Su infancia se desarrolla en el seno de una familia de clase media cristiana, a pesar que su madre pertenecía a una de las familias más prestigiosas del país. En 1914 entró a estudiar al Liceo de Aplicación.
Más tarde estudió en la Escuela Normal de preceptores, José Abelardo Núñez, donde obtiene el título de maestro, en 1924, al cumplir 17 años de edad.
A principios de la década del 20, al iniciar tímidamente, su vida literaria, Díaz Casanueva se contacta, ya, con Vicente Huidobro, Gabriela Mistral y Pablo Neruda. En esos mismos años, trabaría amistad también con el poeta Rosamel del Valle de quien será amigo hasta la muerte de éste, en 1965.
Su primera obra El aventurero de Saba fue publicada en 1926, mientras es un gremialista activo que participa en la lucha sindical de los maestros en Santiago de Chile, exigiendo una enmienda educacional.
En 1928, bajo la dictadura del general Carlos Ibáñez del Campo, tiene que abandonar el país camino del exilio.
Durante toda su vida estará comprometido con la defensa de los Derechos Humanos y contra la segregación racial.
Durante el gobierno del presidente, Salvador Allende (1970-1973), Díaz Casanueva fue embajador de Chile ante la ONU. Posteriormente será miembro de número de la Academia Chilena de la Lengua hasta su muerte, ocurrida en Santiago en 1992.