Diego Pagotto nasce nel 1975, in provincia di Treviso. Suo padre Dionisio, è agente di commercio, sua madre Michela, invece è casalinga. Il primo contatto con la recitazione avviene durante gli anni del liceo, grazie ad un programma di collaborazione tra la scuola superiore e il Comune di Conegliano che organizza laboratori teatrali con il maestro Franco Santin.
Durante il periodo degli studi universitari Diego si accosta al varietà, portando in scena spettacoli di cabaret scritti in collaborazione con l'insegnante di canto Ediva Bartoli.
Dopo aver ultimato gli studi in giurisprudenza, nel '99, Diego intraprende una scrupolosa formazione attoriale lavorando con diversi acting coach tra i quali Francesca Viscardi, Bernard Hiller e Gloria Colonnello, membro a vita dell'Actors Studio di New York.
Nel 2001 esordisce nel cinema con il film Un mondo d'amore di Aurelio Grimaldi, che racconta l'indagine giudiziaria che coinvolge Pierpaolo Pasolini per atti di pedofilia. Diego interpreta il ruolo del carabiniere che affianca il maresciallo nell'inchiesta.
Due anni dopo collabora ancora con Grimaldi, e partecipa ad una trilogia su Aldo Moro (Tutti vi ricorderete del mio amore perduto - Se sarà luce, sarà bellissimo - Il mio sangue ricadrà su di loro) in cui interpreta il poliziotto penitenziario nel carcere dove sono rinchiusi gli esecutori dell'assassinio di Moro.
Nel 2004 in Volevo solo dormirle addosso, di Eugenio Cappuccio, Diego riveste il ruolo di Andrea. Il film racconta la storia di Marco Pressi, un manager a cui viene chiesto di licenziare venticinque dipendenti. Andrea costituisce l'elemento discriminante che consente al protagonista di realizzare di essere stato ingannato dalla direzione dell'azienda in merito alla metodologia da usare per giustificare i licenziamenti.
Lo stesso anno fa una breve apparizione nella commedia Una talpa al bioparco, di Fulvio Ottaviano.
Nel 2005 recita nel film La tempesta di Marcello Vai, un cine-documentario ambientato in Valle d'Aosta durante la Seconda Guerra Mondiale, in cui interpreta il ruolo di David, un soldato inglese passato al servizio della resistenza partigiana.
Nel 2006 in Coppia normalissima alla prima esperienza, una commedia di Luca Mazzieri, ricopre il ruolo drammatico di Mario, un maniaco sessuale con turbe psichiche per aver assistito al suicido del padre che si era separato dalla moglie quando era ancora bambino, e successivamente interpreta Gallinaccio, nel film L'aria del lago di Alberto Rondalli. Nel film, che è una commedia amara di rievocazione storica ambientato tra il 1920 e il 1940 e tratta dall'omonimo libro di Andrea Vitali, Diego interpreta un commerciante di stoffe che, insieme agli amici del paese di Bellano, è cliente abituale del vicino bordello di Lecco.
Nel 2008 partecipa alla pellicola di Federico Rizzo intitolata Fuga dal call center nel ruolo di Popeye, uno degli impiegati protagonisti. Il nome del ruolo è dato dalla somiglianza dell'attore con il celebre marinaio protagonista del fumetto di Elzie Crisler Segar.
Recentemente ha interpretato il ruolo di Pepe nel nuovo film di Giorgio Diritti intitolato L'uomo che verrà. Il film racconta l'eccidio di Monte Sole, sulle colline bolognesi, alla fine della Seconda Guerra Mondiale. Pepe è un ragazzo che tradisce il gruppo partigiano in cui si era infiltrato per entrare tra i fascisti con cui commetterà degli efferati omicidi.
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