W 2013 została okrzyknięta najlepiej opłacaną aktorką po „czterdziestce” wHollywood[1]. Począwszy od 2018, przychody ze sprzedaży kasowej filmów z Diaz w USA wyniosły łącznie ponad 3 miliardy dolarów, a światowe dochody przekraczały 7 mld dol., co czyni ją piątą najbardziej dochodową aktorką kasową w USA[2].
Urodziła się wSan Diego jako córka Billie (z domu Early), agentki importowo-eksportowej, i Emilia Diaza (1949–2008)[3], brygadzisty kalifornijskiej firmy naftowej Unocal[4][5]. Jej ojciec, urodzony w okolicachLos Angeles, był Kubańczykiem pochodzeniahiszpańskiego[6], natomiast wśród przodków matki byliAnglicy,Niemcy iSzkoci z Ulsteru[7][8][9][10]. Ma dwójkę starszego rodzeństwa: siostrę Chimene (ur. 5 czerwca 1970) i brata Michaela. Ukończyła Los Cerritos Elementary School[11]. Uczęszczała do Jordan High School w North Long Beach. W 1989 ukończyła Long Beach Polytechnic High School[12] naLong Beach, gdzie uczęszczał takżeSnoop Dogg[13].
W wieku 16 lat na imprezie w Hollywood została odkryta przez fotografa, który w ciągu tygodnia pomógł jej zdobyć kontrakt z Elite Modeling Agency, gdzie rozpoczęła karierę jakomodelka. W lipcu 1990 pojawiła się na okładce magazynu „Seventeen”[14]. Przez kolejne pięć lat podróżowała po świecie, aby kontynuować karierę modelki, zaczynając od Japonii. Brała udział w kampaniach marek, takich jakCalvin Klein czyLevi’s. W 1991 wSydney wystąpiła w australijskiej reklamieCoca-Coli. Jej zdjęcia pojawiły się także na okładkach magazynów, takich jak „Glamour”, „Marie Claire”, „Harper’s Bazaar”, „Longevity”, „InStyle”, „Mujerhoy”, „Elle”, „Grazia”, „Esquire”, „L’Officiel”, „Vanity Fair”, „The Australian Women’s Weekly”, „Interview”, „FHM”, „Playboy”, „Mademoiselle”, „People”, „GQ” i „Vogue”[14].
Jako Natalie Cook wraz zDrew Barrymore iLucy Liu tworzyła trio pracujące dla tajemniczego Charliego, szefa agencji detektywistycznej specjalizującej się w rozwiązywaniu najtrudniejszych zagadek kryminalnych w komedii sensacyjnejJosepha McGinty’ego NicholaAniołki Charliego (2000) i sequeluAniołki Charliego: Zawrotna szybkość (2003). Stała się jedną z najpopularniejszych aktorek Hollywood i trzecią aktorką w historii, która za jedną rolę otrzymała wynagrodzenie w wysokości 20 mln dolarów.
Należy do czołówki najlepiej opłacanych oraz najlepiej zarabiających aktorek Hollywood.
WedługCBS, może liczyć na gażę w wysokości powyżej 15 mln dolarów za udział w jednym projekcie, zajmując tym samym 3. miejsce na liście najlepiej opłacanych aktorek[20]. „Forbes” uznał Diaz za najlepiej zarabiającą aktorkę w okresie od czerwca 2008 do czerwca 2009, z rocznym dochodem w wysokości 50 mln dolarów[23][24][25].
Od czerwca 2009 do czerwca 2010 dochód aktorki wynosił 20 mln dolarów, co pozwoliło jej na zajęcie 5. pozycji wśród najlepiej zarabiających aktorek tego okresu[26]. Z kolei w zestawieniu „Forbesa” dotyczącym okresu od czerwca 2009 do czerwca 2010 uplasowała się na 2. miejscu listy najlepiej zarabiających aktorek, z rocznym dochodem w wysokości 32 mln dolarów[27]. W 2012 magazyn umieścił ją na 59. pozycji najbardziej wpływowych postaci show-biznesu, z rocznym zarobkiem 34 mln dolarów[28].
W 1992 wystąpiła w wideoShe’s No Angel, reprezentującym pornografię zawoalowaną, autorstwa fotografa Johna Ruttera[29]. W 2003 sąd przychylił się do wniosku aktorki, która pozwała Ruttera, domagając się zakazu rozpowszechniania materiałów związanych zShe’s No Angel. Rok później wideo było dystrybuowane przez rosyjską stronę internetową[30][31]. W 2007 pozwała American Media Incorporated, wydawcę tygodnika „National Enquirer”, kiedy na stronie internetowej magazynu pojawił się artykuł, jakoby aktorka zdradzała swojego ówczesnego partnera,Justina Timberlake’a. Wygrała proces o zniesławienie, a czasopismo wystosowało oficjalne przeprosiny wobec niej oraz przyznało, że informacje były nieprawdziwe[32].
W latach 1990–1995 była związana z bezrobotnym studentem Mattem Hansonem[11]. Od listopada 1995 do września 1998 spotykała się zMattem Dillonem, którego poznała na planie filmuSposób na blondynkę[33]. Od sierpnia 1999 do marca 2003 romansowała z wokalistąJaredem Leto[33]. Od kwietnia 2003 do grudnia 2006 jej partnerem byłJustin Timberlake[33]. W październiku 2004 użyli siły wobec fotografa czekającego na nich przed hotelem oraz zniszczyli jego aparat. Zdjęcia tego incydentu opublikowane zostały przez magazyn „Us Weekly”, a reprezentanci pary tłumaczyli, że dwójka poddała się złym emocjom wywołanym przez natrętnego fotografa[34]. Od maja 2010 do października 2011 spotykała się z graczem drużyny baseballowejNew York Yankees,Alexem Rodriguezem[35].
W maju 2014 poznałaBenjiego Maddena, gitarzystę i wokalistę zespołuGood Charlotte, za którego wyszła za mąż 5 stycznia 2015 podczas kameralnej uroczystości w domu wBeverly Hills[36][37]. Mają córkę Raddix (ur. 30 grudnia 2019) i syna Cardinalla (ur. w marcu 2024).
W wyborach prezydenckich w Stanach Zjednoczonych z 2000 otwarcie popierała kandydaturęAla Gore’a[38]. Zaangażowała się również w działania Iraq and Afghanistan Veterans of America, pierwszej i największej organizacji non-profit dla weteranów wojen w Iraku i Afganistanie, występując publicznie w roli adwokata rodzin żołnierzy.
W artykule magazynu „Time” z 1997 zamieszczono informację, że aktorka cierpi namizofobię[39]. Jednak w 2009, pytana o tę kwestię, zaprzeczyła, twierdząc, że „krótki komentarz, który poczyniła 12 lat wcześniej na temat łazienek publicznych został znacznie wyolbrzymiony”[40].