Cameron Diaz nació en San Diego, California, hija de Billie Early, una comisionista importador/exportador y Emilio Diaz , que trabajó en el departamento de oleoductos para la compañía petrolera de California UNOCAL durante más de veinte años, hasta que se retiró en 1998.

Su padre era cubano-estadounidense de segunda generación. Sus abuelos se establecieron en Ybor City, Tampa. La ascendencia de su madre es inglesa, alemana y cherokee. Tiene una hermana mayor, Chimene Diaz. Fue al Long Beach Polytechnic High School al mismo tiempo que el rapero Snoop Dogg.