Radicado en Buenos Aires, montó espectáculos dramáticos que escribía y se vinculó al cine, iniciándose con los guiones de El hombre señalado (1957) dirigida por Francis Lauric y El campeón soy yo (1960) dirigida por Virgilio Muguerza.
En 1963 debutó como director con Pesadilla, sobre su propio guion, con las actuaciones de Sabina Olmos, Pedro López Lagar y Guillermo Battaglia.
En 1964 dirigió Un sueño y nada más (1964), posteriormente una coproducción con Brasil, luego Chão, amor (1968), una coproducción con Chile y finalmente Olga, la hija de aquella princesa rusa (1972), con su propio guion escrito según su novela del mismo nombre.
Al fallecer Franco regresó a España y en 1978 dirigió sobre su propio guion el filme documental ¿Por qué perdimos la guerra?, en el que vuelca la visión del anarcosindicalismo respecto de la Guerra Civil Española y, el mismo año, Silvia ama a Raquel.
De 1987 es el filme Divinas palabras dirigido por José Luis García Sánchez según su propio argumento escrito en colaboración con Enrique Llovet y cuyos diálogos eran del propio Diego Santillán, basándose en la obra teatral de Ramón del Valle-Inclán.