Trần Ngọc Diện sinh tại làng Vĩnh Kim, quận Châu Thành, tỉnh Mỹ Tho (nay là xã Vĩnh Kim, huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang), trong một gia đình có truyền thống âm nhạc.

Ông nội bà là Trần Quang Thọ, vốn là một nghệ nhân nổi tiếng trong ban nhạc của cung đình Huế. Khoảng năm 1860, ông xin thôi việc rồi di cư vào Nam. Cha bà là nhạc sĩ Trần Quang Diệm (Năm Diệm, 1853-1925), em bà là Trần Văn Triều (Bảy Triều, 1897-1931) [1], và bà còn là cô ruột của Trần Văn Khê và Trần Văn Trạch (cả hai đều là con của ông Triều).

Bà Ba Diện biết hát nhiều điệu hát, biết sử dụng nhiều nhạc cụ dân tộc, nhưng điêu luyện nhất là đàn thập lục (đàn tranh) và đàn tỳ bà. Ngoài ra, bà còn có tài thêu thùa may vá, và chính nhờ nghề này, bà đã nuôi sống cả gia đình.

Bà có chồng là con một ông Phán mê âm nhạc ở Mỹ Tho, được hơn một năm thì sinh con, nuôi được ba tháng thì mất, sau đó không lâu thì chồng bà cũng mất theo. Cảm thương tình cảnh góa bụa sớm, gia đình bên chồng cho bà về lại quê nhà.

Lối năm 1915-1916, nhờ ông Diệp văn Cương giới thiệu, bà lên Sài Gòn dạy đờn ở trường nữ sinh Áo Tím (tức trường Gia Long cũ, nay là trường Nguyễn Thị Minh Khai).

Ở trường, bà đọc được nhiều sách báo tiến bộ của các nhà yêu nước. Rồi bà bị tình nghi làm "quốc sự" cùng với em rể là giáo sư Nguyễn Văn Bá (chủ bút tờ báo Thần Chung), nhưng mãi đến năm 1926, sau lần đi dự đám tang cụ Phan Chu Trinh, bà mới bị nhà trường đuổi việc và từ đó trường Áo Tím cũng dẹp luôn môn dạy đờn.

Về lại quê nhà Vĩnh Kim, bà tham gia hoạt động kháng Pháp. Lúc bấy giờ, nhiều người nghe tiếng, thường xuyên tới lui thăm viếng bà, trong số đó Nguyễn An Ninh, và ông này đã xem bà như người chị ruột.

Năm 1927, Tỉnh bộ Việt Nam Thanh niên Cách mạng Đồng chí Hội Mỹ Tho được thành lập, liền sau đó Chi bộ xã Vĩnh Kim, thuộc tổ chức trên cũng được thành lập.

Để tuyên truyền, khêu gợi lòng yêu nước của nhân dân, đồng thời để tạo ngân quỹ cho Chi bộ xã, bà Ba Diện, có sự góp sức của người em dâu là Nguyễn Thị Dành [2], bà hăng hái đứng ra thành lập gánh hát Đồng Nữ Ban, đảm nhiệm một lúc nhiều vai trò, nhưng nổi trội hơn cả là vai trò bầu gánh và đạo diễn.

Biết được ý đồ của bà Ba Diện, thực dân Pháp và các cộng sự đã tìm đủ mọi cách cản trở không cho gánh hát của bà công diễn. Nhưng nhờ sự khôn khéo, tinh thần dám đấu tranh của bà, nhờ sự bao che của dân chúng nên gánh hát cũng được biểu diễn nhiều nơi và gây được tiếng vang tốt.

Đến khoảng giữa năm 1929, do sự khủng bố gắt gao của đối phương, gánh hát Đồng Nữ Ban phải giải tán.

Khi không còn đoàn hát nữa, bà Ba Viện về ở nhà người em là ông Bảy Triều, sống một cuộc đời thanh bạch. Ở đây, bà đã hết lòng nuôi dạy các cháu của mình là Trần Văn Khê, Trần Văn Trạch, Trần Ngọc Sương...

Ngày 25 tháng 8 năm 1944, bà Trần Ngọc Diện mất, thọ 60 tuổi.