Su primer trabajo en la pantalla grande fue en el 94, a los 21 años, en la película, La máscara, junto al canadiense Jim Carrey. La máscara fue todo un éxito, por lo que logró cautivar a muchos espectadores, y le sirvió para catapultarla al éxito. Seguido de esto, apareció en el filme independiente, La última cena, y luego en el drama romántico, Luna de miel con Keanu Reeves. Diaz apareció poco después en Ella es única, dirigida por Ed Burns, y en Solamente se vive una vez, junto a Harvey Keitel y Craig Shefer.

La boda de mi mejor amigo, se convirtió en uno de las cintas clásicas de la meca del cine, en el año 97, donde su actuación la reveló como una actriz interesante y cómica.

Muchos piensan que ella consiguió hacer sombra a la verdadera protagonista, Julia Roberts. El éxito obtenido de manera rápida, creció cuando llegó la hora de interpretar a Mary, en la película Loco por Mary, dirigida por los hermanos Farrelly. Esa es otra película que con el pasar de los años se ha vuelto la favorita de muchos, por lo que los seguidores de esta estrella consideran que es su mejor trabajo, y de hecho uno de los más recordados.

Loco por Mary, no solo le abrió las puertas a muchas más oportunidades, sino que le aseguro fama para un largo tiempo.

Con Leonardo Dicaprio como co-estrella, Diaz fue escogida para participar en Pandillas de Nueva York, dirigida por Martin Scorsese. Ahí encarnaba a una ladrona.

En sus zapatos, Una historia diferente, Vanilla Sky, La cosa más dulce, y Shrek 1, 2 y 3, son algunas divertidas películas en las que ha trabajado Cameron Diaz.

No podemos dejar a un lado el remake de la serie de los 70s, Charlie´s Angles, que fue llevada al cine junto a Lucy Lu y Drew Barrymore.

En lo que respecta a estos últimos años, ha conseguido trabajar junto a otras celebridades de renombre, como son Jude Law, Kate Winslet, Jack Black, en una historia llena de romanticismo que fue lanzada como Las vacaciones (The holiday).