Figlia dell'attore, regista e autore teatrale Riccardo Diana e dell'attrice Maria Toesca e sorella maggiore di Nicolò Diana e Matilde Diana, anch'essi attori, Camilla inizia giovanissima a lavorare in teatro, cinema e televisione.
Dopo aver debuttato sul grande schermo con il film Il tempo dell'amore (1999), regia di Giacomo Campiotti, nel 2005 interpreta il ruolo di Lisa Mancini nel film Piano 17, diretto dai Manetti Bros., con Giampaolo Morelli ed Elisabetta Rocchetti, uscito nelle sale il 3 marzo del 2006 e successivamente presentato al Taormina Film Fest.
Tra i suoi primi lavori televisivi, ricordiamo la miniserie tv in due puntate, Donne sbagliate, regia di Monica Vullo, e la miniserie in sei puntate, Caterina e le sue figlie 2, in cui è Rebecca, nipote di Caterina, ruolo interpretato da Virna Lisi, entrambe del 2007 ed in onda su Canale 5.
Sempre nel 2007 è Agnese in Chiara e Francesco, miniserie in due puntate diretta per Rai Uno da Fabrizio Costa, con Maria Palma Petruolo ed Ettore Bassi nel ruolo dei due protagonisti. Nel 2008 interpreta il ruolo di Sandra nella miniserie Anna e i cinque e quello di Bea in Amiche mie, in onda entrambe su Canale 5.
Presentato fuori concorso alla Mostra del Cinema di Venezia, l'opera seconda del regista romano è una panoramica impietosa sul mondo delle relazioni amorose e familiari.