Bùi Thị Diễm sinh năm 1984 ở thành phố Cần Thơ.[2] Cô sinh ra và lớn lên ở vùng miệt vườn thành phố Cần Thơ. Nhà ở xóm Yên Hạ, quận Cái Răng, bên cạnh sông Cái Răng Bé quanh năm rợp bóng dừa.[3] Cha là ông Tư Sói, làm nghề y tá, mẹ là bà Tư làm nghề thợ may.[4] Cha mẹ cô sinh được hai con gái.[4] Cô là chị cả.[5] Phụ huynh cô còn làm nghề chăn nuôi lợn và có trại lợn lớn nhất nhì trong vùng với 150 con lợn thịt, 10 con lợn nái và bầy lợn con vào năm 2004. Thường ngày cô thường giúp đỡ mẹ nấu rượu đổ hèm nuôi lợn, dọn chuồng lợn và đỡ đẻ cho lợn. Dáng người của cô cao (bạn bè đặt biệt danh "Diễm cây sậy", da trắng hồng một phần giống cha mẹ, một phần nhờ sống ở vùng sông nước khỏe bơi lội.[6][7]

Thời học phổ thông, cô học khá các môn khoa học tự nhiên. Sau khi vào Trường Đại học Tây Đô khoa quản trị, ở năm nhất, cô tập trung học các học phần về quản trị doanh nghiệp. Cô có đầu óc thực tế, ưu tiên cho việc học.[4][7]

Cô cao 1,69m, vòng một 82, vòng hai 59, vòng ba 88 lúc đăng quang Hoa hậu. Bà từng đoạt các danh hiệu: Á khôi Duyên dáng đồng bằng 2003; Á hoàng 1 cuộc thi "Nữ hoàng trang sức Việt Nam 2003"; giải gương mặt ăn ảnh; giải đồng Siêu mẫu khu vực Đồng bằng sông Cửu Long 2004; hoa hậu báo Thế giới Phụ Nữ Việt Nam 2004 (Hoa hậu phụ nữ Việt Nam qua ảnh) do báo Phụ nữ Việt Nam - Tạp chí Thế giới phụ nữ tổ chức, giải thưởng 50 triệu đồng.[4][7] Mẹ chính là người thiết kế và tự may trang phục cho cô khi dự thi cuộc thi Hoa hậu phụ nữ Việt Nam qua ảnh năm 2004.[4]