Née d'une mère anglo-allemande et d'un père cubano-américain, Cameron Diaz est repérée, à l'âge de 16 ans, par un représentant de l'agence de top-models Elite, qui lui ouvre les portes du mannequinat. Après avoir parcouru le monde et posé pour les marques les plus prestigieuses (Coca-Cola, Levi's, Calvin Klein...) pendant cinq ans, la jeune fille tente l'aventure cinématographique en décrochant en 1994 le rôle de Tina Carlyle, une poupée de luxe d'un caïd du crime, dans la comédie fantastique The Mask. L'énorme succès de ce film emmené par Jim Carrey booste sa carrière d'actrice.

Refusant de s'illustrer dans de grosses productions hollywoodiennes, l'apprentie comédienne privilégie le circuit indépendant en figurant aux génériques de films au budget modeste comme L'Ultime souper (1995), Petits mensonges entre frères (1996), Feeling Minnesota (id.) ou encore Une vie moins ordinaire (1997), où elle remplace au pied levé Julia Roberts dans le rôle d'une jeune fille riche et cynique, amusée par son enlèvement. Les réussites tant critiques que commerciales du Mariage de mon meilleur ami (1997) et de Mary à tout prix (1998) imposent définitivement le potentiel comique de cette blonde sexy et faussement ingénue.

Future mariée hystérique dans Very bad things (1998), enlaidie en épouse siphonnée pour Dans la peau de John Malkovich (1999), acceptant de réduire son salaire afin de tourner sous la direction d'Oliver Stone dans L'Enfer du dimanche (id.), vedette de l'ambitieux Vanilla Sky (2001) aux côtés de Tom Cruise, Cameron Diaz n'hésite pas à prendre des risques et à écorner son image glamour. Elle fait par ailleurs ses débuts dans le doublage avec Shrek, où elle prête sa voix à la Princesse Fiona, rôle qu'elle reprendra dans Shrek 2, Shrek le troisième et Shrek 4, les volets complets de la saga.

Digne héritière de Farrah Fawcett dans Charlie et ses drôles de dames (2000) et sa suite, adaptés de la célèbre série, Cameron Diaz est désormais l'une des actrices les mieux payées d'Hollywood. Ce qui n'empêche pas la charmante pickpocket de Gangs of New York de rester fidèle, comme le démontrent les comédies Allumeuses ! (2002), In her shoes (2005), The Holiday (2006) et Jackpot (2008), aux rôles de bimbo nunuche et gentiment délurée qui ont fait sa renommée. En 2009, l'actrice s'illustre dans des films plus sombres avec le thriller fantastique The Box de Richard Kelly et le drame Ma vie pour la tienne de Nick Cassavetes, où elle dévoile une facette dramatique inédite. En 2010, elle forme un duo comique avec Tom Cruise, qui lui donne pour la seconde fois la réplique dans le film d'action à gros budget Night and Day. L'année suivante, on la retrouve en prof de lycée dans la comédie Bad Teacher où elle partage l'affiche avec son ancien compagnon Justin Timberlake.

En 2013, c'est encore elle la tête d'affiche dans Gambit, arnaque à l'anglaise, une comédie scénarisée par les frères Coen et dans laquelle elle campe une cowgirl texane, de mèche avec Colin Firth pour vendre un faux tableau de Monet. Puis, elle rejoint la troupe du film choral Ce qui vous attend si vous attendez un enfant, en compagnie, entre autres, de Jennifer Lopez, Anna Kendrick et Elizabeth Banks. L'année suivante, la comédienne prend part à un autre casting quatre étoiles : celui de Cartel, thriller excentrique et violent réalisé par Ridley Scott, en y incarnant la sulfureuse Malkina, une femme obsédée par les plaisirs de la chair, et qui forme un couple des plus atypiques avec Javier Bardem.

Il est encore question d'une femme qui n'a pas froid aux yeux dans Triple Alliance, une vengeance au féminin pluriel avec Leslie Mann et Kate Upton, et dans Sex Tape, qui met en scène un couple marié découvrant avec horreur qu'une de leur sex tape a disparu...