카메론 디아즈는 캘리포니아에서 쿠바출신의 유전기술자 아버지와 무역중개업을 하는 어머니 사이에서 태어났다. 그녀는 어릴적에는 청바지 뒷 주머니에 빗을 찔러넣고 다니며 헤비메탈 음악을 즐기는 다소 와일드한 소녀로 성장하였다. 민감한 사춘기에 접어든 16살에 그녀는 모델로서 발을 내딛게 된다. 그리고 이 때의 모델경력이 데뷔작 에서 배역을 얻는 계기가 된다.

를 통해 그녀는 주목을 받게 되고, 화려하게 스타덤에 오르게 된다. 그러나 그녀는 예쁜 배우라는 이미지에서 벗어나기 위해 과 같은 저예산영화에도 출연했으며, 키아누 리브스와 함께 출연한 에서 인상깊은 연기를 보여주면서 그녀가 더 이상 외모로만 인정받는 모델출신의 배우가 아니라는 것을 입증해 보인다.

이후 카메론 디아즈는 1997년 에 줄리아 로버츠와 함께 출연하여 블록버스터 엔터테인먼트 코미디 부분 최고 인기 여우조연상을 수상하며 배우로서의 입지를 굳히기 시작하였다. 또한 그녀는 로 뉴욕 비평가 협회와 블록버스터 엔터테인먼트가 수상하는 최우수 여우 주연상을, 에서의 색다른 연기 변신으로 골든 글로브상과 영화배우 협회상 등에 노미네이션 되었다. 또한 로 골든 글러브상에 노미네이션 되고, 보스턴 영화 비평가 협회 최우수 여자 조연상을 수상한다.

그 외 출연작으로는 올리버 스톤 감독의 , 만화를 원작으로 한 시리즈, 홀리 헌터와 함께 연기한 등이 있다. 또한 2001년 최고의 애니메이션 흥행작인 에서 말괄량이 공주 피오나의 목소리를 연기하며 높은 호응을 얻기도 하였다. 2002년에는 로맨틱 코미디 과 마틴 스콜세지 감독작 에 출연하여 각기 다른 장르와 캐릭터를 연기하며 그녀만의 독특한 이미지를 표현했다. 2004년에는 전편에 이어 의 피오나의 목소리를 다시 맡아 관객들로부터 많은 사랑을 받았다. 타고만 외모와 뛰어난 재능, 발군의 연기력으로 무장한 그녀는 할리우드를 대표하는 최고의 여배우로 손꼽히고 있다