Виталия родилась в Сочи. Отца спортсменки зовут Анатолий, мать - Виктория. Также у теннисистки есть младший брат Сергей.
Дьяченко начала заниматься теннисом в возрасте пяти лет. Свои первые матчи на профессиональном уровне она провела в 2007 году, выступив на турнире ITF в Дубае (ОАЭ). Всего за время выступления в Туре Дьяченко выиграла одиннадцать турниров ITF в одиночном разряде. На соревнованиях «Большого шлема» в одиночке Виталия не проходила дальше второго раунда.
В парных соревнованиях WTA на счету Дьяченко один титул - в 2011 году она стала чемпионкой турнира в Ташкенте вместе с Элени Данилиду из Греции.
В 2009 году Виталия вместе с Екатериной Макаровой стала победительницей Универсиады в парном разряде, переиграв в матче за золото полек Клаудию Янс и Алисию Росольску.
Наивысшей позиции в мировом рейтинге Дьяченко добивалась в ноябре 2014 года, когда становилась 71-й ракеткой мира. За время выступления в Туре Виталия заработала $702,658 призовых.
В свободное время спортсменка любит путешествовать и читать книги.
Последним на данный момент турниром для Виталии стал Открытый чемпионат Франции, где она проиграла в первом круге чешке Люси Шафаржовой.