30 Ağustos 1972’de California San Diego’da doğdu. Küba-Amerikan bir baba ile İtalyan ve Alman ırkından gelen yerli bir Amerikalı annenin kızı olan Cameron, 16 yaşında Hollywood’da bir partide tanıştığı fotoğrafçı sayesinde Elite Model Ajansı ile bir anlaşma imzaladı. Modellikteki başarısı Japonya, Avustralya, Morocco ve Paris’te çalışmaya, Mademoiselle ve Seventeen gibi dergileride resimlerinin çıkmasına ve Calvin Klein, Coca Cola ve Levi’s gibi büyük şirketlerin reklam kampanyalarında rol almasına neden oldu. 1994’de Jim Carrey’in başrol oynadığı "The Mask / Maske" adlı aksiyon komedi filminde sinema kariyerine ilk adımını attı. Oyunculuk deneyimi hiç olmamasına rağmen filmdeki yardımcı oyuncu rolü denemelerine katılması sağlandı. 12 kez geri çağrıldıktan sonra kadın başrol oyuncusu Tina Carlyle rolünde oynaması kararlaştırıldı.

"The Mask" filminden sonra "The Last Supper"da rol alan Diaz, Hollywood'un yetenekli yıldızı Keanu Reeves ile başrolü paylaştığı "Feeling Minnesota"da evlenmek üzere olduğu adamın kardeşine aşık olan bir kadını canlandırdı. Bu filmle birlikte istediği çıkışı tam olarak yakalayamayan Cameron Diaz, daha sonraları Edward Burns ile "She's the One" ve Harvey Keitel ile "Head Above Water"da rol aldı. "Head Above Water / İz Peşinde" filmindeki başarılı oyunculuğu ile eleştirmenler tarafından geleceğin yıldızları arasında gösterilen Diaz, sinemadaki kariyerine ticari filmlerle devam etmeyi tercih etti.

Romantik komedi filmi "My Best Friend's Wedding / En İyi Arkadaşım Evleniyor"da Julia Roberts'a eşlik eden genç oyuncu, bu filmdeki performansıyla yükselişe geçti. "My Best Friend's Wedding"in ardından Trainspotting'in yönetmeni Danny Boyle'un, "A Life Less Ordinary / Olağanüstü Bir Hayat" (1995) adlı filminde, Ewan McGregor ile başrolü paylaştı. Aynı yıl uzun süredir beraber olduğu La Torre'den ayrılan güzel yıldız, 1998 yılında "There's Something About Mary / Ah Mary Vah Mary" adlı filmde birlikte oynadığı Matt Dillon üç yıl sürecek romantik bir ilişkiye başladı.

Bir kara mizah örneği olan "Very Bad Things / Hiç Hesapta Yokken"de Christian Slater'la başrolü paylaşan Diaz, 1999 yılında pek çok tartışma yaratan "Being John Malkovich / John Malkovich Olmak"da de rol aldı. Filmde, John Cusack'ın karısını canlandırdı ve bu rol ona 1999 Altı Küre ve Screen Actors Guild ödüllerinde en iyi yardımcı kadın oyunculuğu kazandırdı. Aynı yıl, yönetmenliğini Oliver Stone'un üstlendiği, başrollerinde Al Pacino, Dennis Quaid ve James Woods gibi usta oyuncuların yer aldığı "Any Given Sunday / Kazanma Hırsı"nda babasından kendisine miras olarak kalan Sharks adlı bir takımın sahibi Christina Pagniacci'yi canlandırdı.

2000 yılında tüm dünyada seyircilerin yoğun ilgisiyle karşılaşan ve gişe rekorları kıran "Charlie's Angels / Charlie’nin Melekleri"nde üç melekten "Natalie"yi canlandıran Cameron Diaz, 2001 yılında bir başka büyük yapımla yine kamera karşısındaydı. Güzel oyuncu, Tom Cruise ve Penelope Cruz ile birlikte rol aldığı "Vanilla Sky"da New York'lu yayıncı David Aames'e aşık Julie Gianni rolünde izleyici karşısına çıktı.

Diaz, 2002 yılında gösterime giren ve başrollerini Leonardo Di Caprio ve Daniel Day Lewis'le paylaştığı "Gangs of New York / New York Çeteleri"nden sonra, yine aynı yıl " The Sweetest Thing / Ateşli ve Tatlı" ve " The Slackers" adlı fimlerde de rol aldı. Diaz, Drew Barrymore ve Lucy Liu ile başrolleri paylaştığı, 2003 yapımlı "Charlie’s Angels: Full Throttle / Charlie’nin Melekleri: Tam Gaz" adlı filmdeki başarılı oyunculuğuyla yine sinemaseverlerden tam not aldı.