Cameron Michelle Diaz wurde am 30. August 1972 in San Diego, Kalifornien geboren. Cameron Diaz, deren Vater ursprünglich aus Kuba stammt und deren Mutter deutsche, englische und indianische Vorfahren hatte, verließ mit 16 Jahren ihr Elternhaus. In den folgenden fünf Jahren lebte sie in verschiedenen Ländern und startete eine Model-Karriere, ehe sie im Alter von 21 nach Kalifornien zurückkehrte und für ihre ersten Rollen vorsprach, nebenher aber weiter als Model arbeitete.

Cameron Diaz wurde viermal für den Golden Globe nominiert, erstmals 1999 mit ihrer Leistung als Titelheldin in der sehr erfolgreichen Komödie Verrückt nach Mary. Mit diesem Film kürten sie die New Yorker Filmkritiker zur Besten Darstellerin des Jahres, und sie gewann den MTV Movie Award.

Im Jahr darauf folgte ihre Golden-Globe-Nominierung für den Film Being John Malkovich, der Cameron Diaz auch Nominierungen für den Preis der British Film and Television Academy (BAFTA) sowie für zwei Preise der Screen Actors Guild (US-Gewerkschaft der Film- und TV-Schauspieler, SAG) einbrachte: als Darstellerin und als Mitglied des Ensembles. Ihre dritte Golden-Globe-Nominierung sowie Nominierungen für die Preise der SAG und des American Film Institute verbuchte Cameron Diaz mit ihrer Darstellung neben Tom Cruise in Vanilla Sky. Ihre vierte Golden-Globe-Nominierung erhielt sie mit ihrem Auftritt neben Leonardo DiCaprio im Epos Gangs of New York von Martin Scorsese.

Ihr Spielfilmdebüt gab Cameron Diaz 1994 neben Jim Carrey in der Komödie Die Maske. Es folgte die äußerst erfolgreiche Liebeskomödie Die Hochzeit meines besten Freundes an der Seite von Julia Roberts. 2000 drehte Cameron Diaz zusammen mit Drew Barrymore und Lucy Liu den Blockbuster-Action-Hit 3 Engel für Charlie. Später folgte das Sequel 3 Engel für Charlie – Volle Power.

2001 sprach Cameron Diaz die temperamentvolle Prinzessin Fiona, die in dem Oscar-preisgekrönten Mega-Hit Shrek – Der tollkühne Held ihre wahre Liebe und sich selbst findet. Dieselbe Rolle übernahm sie auch in der Fortsetzung Shrek 2 – Der tollkühne Held kehrt zurück, dem kassenstärksten Film von 2004. In Shrek der Dritte holte Cameron Diaz als Prinzessin Fiona alle Märchenprinzessinnen zusammen, um das Märchenland zu verteidigen. 2010 folgte mit Für immer Shrek ein weiterer Teil des Franchises. Im selben Jahr war Cameron Diaz in Knight and Day erneut an der Seite von Tom Cruise zu sehen. 2011 spielt sie in Michel Gondrys Superhelden-Film The Green Hornet.

Am 22. Juni 2009 wurde Cameron Diaz mit einem Stern auf dem Hollywood Walk of Fame in der Kategorie Film geehrt.