Diederik van Heinsberg was de zoon van Godfried I van Heinsberg en Mathilde van Vogelsang, de zuster van Lodewijk IV, graaf van Loon. Diederik was de 15de graaf van het graafschap Loon van 1336 tot 1361. Hij was ook graaf van Chiny.

Lodewijk IV van Loon stierf kinderloos. Als opvolger koos hij zijn neef. Deze keuze stuitte echter op verzet van het Sint-Lambertuskapittel omdat het graafschap als leen van het prinsbisdom Luik alleen maar opvolgers in mannelijke lijn mocht hebben. De eerste Loonse successiestrijd (1336-1346) was een feit. Pas in 1346 werd Diederik erkend als graaf van Loon.

Omstreeks 1316 huwde Diederik van Heinsberg met Cunegundis van der Mark, een zus van de Luikse prins-bisschop Adolf van der Mark. Hun enige zoon sneuvelde in 1342. 

Op 19 januari 1361 overleed Diederik van Heinsberg in zijn burcht in Stokkem. Hij werd begraven in de Hasseltse augustijnenkerk. 

Met Diederik van Heinsberg eindigt eigenlijk de geschiedenis van het zelfstandige graafschap Loon. Na hem kwamen er nog een paar pretendenten op de titel van de graaf van Loon: Godfried van Dalenbroek (1361-1362) en Arnold van Rummen (1362-1366).