Diaz blev født i San Diego, Californien, som yngste datter af Emilio Diaz, hvis spanske forfædre havde installeret sig på Cuba, og Billie, der har engelske, tyske, hollandske og indianske rødder. Cameron Diaz tog afgangseksamen fra Long Beach Polytechnic High School.  Karriere Efter at være dimitteret som 16-årig begyndte Cameron sin modelkarriere for Elite Model Management, hvilket blandt andet bragte hende til Japan, hvor hun mødte videofilminstruktør Carlo de la Torre, som hun senere flyttede sammen med, efter at de var vendt hjem til USA. I løbet af de næste 5 år rejste Cameron rundt som model, og skrev mange kontrakter med store firmaer som fx Calvin Klein og Levi's. I løbet af denne tid medvirkede hun også i den bløde pornofilm She's No Angel. Som 21-årig var Cameron til audition til The Mask, og selvom hun ikke havde nogen skuespillererfaring, blev hun alligevel valgt til den kvindelige hovedrolle; hun tilmeldte sig dog dramatimer straks efter. I løbet af de næste par år var hun med i mindre succesrige film, som hun dog alligevel vandt priser for. Min Bedste Vens Bryllup og Vild med Mary, begge succesfulde film, gav nu Cameron offentlig anerkendelse, og efter sin optræden i Being John Malkovich blev hun nomineret til en Golden Globe, BEFTA Awards og SAG Award. I året 1999-2000, medvirkede Cameron i adskillige film, bl.a. Thing You Can Tell Just by Looking at Her, A Life Less Ordinary, Any Given Sunday og den nye udgave af Charlie's Angels. I 2001 blev hun nomineret som Best Supporting Actress ved Golden Globe, SAG Award og AFI Awards for sin rolle i Vanilla Sky, og som Prinsesse Fionas stemme i Shrek, for hvilken hun tjente $10 mio. Cameron blev endnu engang nomineret til en Golden Globe for sin rolle i Martin Scorseses film, Gangs of New York, og hun blev den anden skuespiller efter Julia Roberts (Min Bedste Vens Bryllup) som tjente 20 mio. dollars for en rolle (Charlie's Angel: Uden hæmninger). Efter Uden hæmninger medvirkede Cameron i Shrek 2, I dine Sko, og The Holiday. Det var også i denne periode, at hun kom sammen med sangeren Justin Timberlake. Diaz vendte tilbage til lærredet, da hun atter skulle lægge stemme til Prinsesse Fiona, i Shrek den Tredje, hvor hendes medskuespiller var Justin Timberlake, som hun nu ikke længere var sammen med privat. Hun var oprindeligt også valgt til at spille sammen med Jim Carrey i Fun with Dick and Jane, men afslog, da hun hellere ville medvirke i filmen I dine Sko. Cameron skal medvirke i Shrek 4 og spille med i horror thrilleren The Box, sammen med James Marsden.  Privat Diaz har offentligt indrømmet tidligere at have lidt af OCD, hvilket indebar, at hun var nødt til at gøre dørhåndtag rene, før hun kunne bruge dem; hun vaskede også sine gulve flere gange om dagen (Cameron Diaz til OCD Time Magazine, 10. november, 1997). Hun har måske siden overvundet denne sygdom, idet hun den 10. maj 2007 udtalte til Jay Leno ("The Tonight Show (10. Mai, 2007): "I think I've made my peace with it" ("Jeg tror, jeg er kommet over det.").  Parforhold Diaz kom sammen med skuespilleren Matt Dillon fra 1995 til 1998. Hun havde et diskret forhold til skuespilleren og sangeren Jared Leto fra 1998 til 2002. Nogle medier har siden sagt, at Leto slog op med Diaz, fordi han var jaloux på hendes efterhånden store berømmelse, mens andre siger, at de gik fra hinanden, fordi Diaz fokuserede mere på sit skuespil, mens Leto var mere optaget af sin musik og sit band. Senere datede hun bl.a. det tidligere *NSYNC medlem: Justin Timberlake, som hun mødte til Kid's Choice Award i 2003. Den 11. januar 2007, fortalte parret sammen, at de havde slået op, efter at der i løbet af de mange foregående havde løbet rygter om deres forhold. I maj 2014 mødte Diaz guitaristen Benji Madden gennem veninden og kollegaen Nicole Richie, som er gift med Maddens tvillingebror, og efter en kort forlovelse lige før jul samme år, blev parret gift ved en privat ceremoni i januar 2015.