Diaz groeide op in Californië (ze zat op dezelfde school als Snoop Dogg[1]). Op haar vijftiende werd ze ontdekt door een fotograaf, die zorgde voor een contract bij het modellenbureau Elite. Vanaf haar zestiende[2] reisde ze de wereld rond als model.
Ze werd voor haar rollen in zowel There's Something About Mary, Being John Malkovich, Vanilla Sky als Gangs of New York genomineerd voor een Golden Globe[3]. Meer dan vijftien andere acteerprijzen kreeg ze daadwerkelijk toegekend, waaronder een American Comedy Award voor There's Something About Mary. Diaz werd daarentegen ook genomineerd voor de Golden Raspberry Award voor slechtste actrice voor zowel Charlie's Angels: Full Throttle als What Happens in Vegas...