Diels sinh ngày 23 tháng 1 năm 1876 tại Hamburg, Đức. Khi ông 2 tuổi, gia đình ông chuyển đến Berlin để sinh sống. Ông học tại trường Trung học Joachimsthalsches (một trường cho các nam sinh năng khiếu) tại Berlin trước khi ghi danh vào Đại học Berlin năm 1895. Tại Đại học này, ông theo ngành hóa học và được Emil Fischer chỉ dẫn cho đến khi tốt nghiệp năm 1899.