Anfang der Karriere
Vor der UFC trat Diaz hauptsächlich für World Extreme Cagefighting (WEC) an. Im Jahr 2006 kämpfte er bei WEC 24 um die WEC Lightweight Championship gegen den damaligen Champion Hermes Franca und verlor durch Submission in der zweiten Runde. Dies war die letzte Veranstaltung der WEC, bevor sie von Zuffa, LLC, der damaligen Muttergesellschaft der UFC, aufgekauft wurde.
Ultimate Fighting Championship
The Ultimate Fighter 5
Diaz war Teilnehmer bei The Ultimate Fighter 5, bei dem ausschließlich Leichtgewichte antraten und kämpfte im Team von Jens Pulver. In der Vorrunde besiegte Diaz Rob Emerson durch Submission; im Viertelfinale besiegte er seinen Teamkollegen Corey Hill aus dem Team Pulver durch Triangle Choke Submission in der ersten Runde. Im Halbfinale besiegte Diaz das Team Penn-Mitglied Gray Maynard durch Submission und zog damit ins Finale ein, in dem er auf seinen Teamkollegen Manvel Gamburyan traf. Diaz gewann durch Unterwerfung, nachdem Gamburyan in der zweiten Runde aufgeben musste, weil er sich bei einem Takedown-Versuch die rechte Schulter ausgerenkt hatte. Mit diesem Sieg gewann Diaz The Ultimate Fighter 5.
2008
Nachdem er Alvin Robinson und Junior Assunção durch Submission besiegt hatte, forderte Diaz härtere Gegner. Bei der UFC Fight Night 13 erhielt er einen Kampf gegen Kurt Pellegrino. Diaz besiegte Pellegrino in der zweiten Runde durch Triangle Choke Submission. Als er den Würgegriff ansetzte, hatte Diaz Zeit, sich für das Publikum zu verbiegen und doppelte Mittelfinger hochzuwerfen, bevor Pellegrino aufgab. Diaz besiegte den Veteranen Josh Neer durch eine Split Decision im Hauptkampf der UFC Fight Night 15.
2009
Diaz kämpfte dann gegen den ehemaligen Strikeforce Lightweight Champion Clay Guida bei UFC 94: St. Pierre vs. Penn 2 und verlor durch einen Split Decision. Guida nutzte sein Ringen, um Diaz mehrfach zu Boden zu bringen. Guida gewann durch eine Split Decision und markierte damit Diaz‘ erste Niederlage in der UFC, was gleichzeitig sein Pay-per-View-Debüt war.
Diaz traf beim Finale von The Ultimate Fighter 9 auf den anderen Ultimate Fighter-Gewinner und ehemaligen King of the Cage Champion im Weltergewicht Joe Stevenson. Stevenson brachte Diaz in den drei Runden nach Belieben zu Boden und Diaz verlor durch einstimmige Entscheidung.
Nach zwei aufeinanderfolgenden Niederlagen durch Entscheidung sollte Diaz bei der UFC Fight Night 19 gegen Melvin Guillard antreten. Diaz gewann durch Unterwerfung durch einen Guillotine Choke nach 2:30 in Runde 2.
2010
Diaz trat am 11. Januar 2010 im Hauptkampf der UFC Fight Night 20 gegen Gray Maynard an, ein Rückkampf von ihrem Aufeinandertreffen im Halbfinale des TUF 5 Leichtgewichtsturniers, das Diaz gewann. Diaz verlor eine umstrittene Split Decision gegen Maynard, da der ehemalige TUF-Gewinner in den FightMetric-Berichten als Sieger der Runden zwei und drei hervorging.
Nach drei Niederlagen in vier Kämpfen erwog Nate einen dauerhaften Wechsel in die Gewichtsklasse 170 lb. Er sagte: „Ich verdiene nicht genug Geld, um so viel Gewicht abnehmen zu müssen, also würde ich gerne bei 170 kämpfen und nur ab und zu auf 155 gehen.“
Diaz gab sein Debüt im Weltergewicht am 27. März 2010 bei UFC 111 gegen das Produkt von Miletich Fighting Systems und den Schlagspezialisten Rory Markham. Beim Wiegen brachte Markham 177 Kilogramm auf die Waage, während Diaz das Weltergewichtslimit von 171 Kilogramm erreichte; der Kampf wurde in einen Catchweight-Kampf umgewandelt. Diaz gewann den Kampf durch TKO in der ersten Runde.
Nach dem Sieg über Markham erklärte Diaz, er werde in beiden Gewichtsklassen antreten. Sein nächster Kampf war wieder im Weltergewicht gegen den ehemaligen Profiboxer Marcus Davis am 28. August 2010 bei UFC 118. Diaz beendete Davis, nachdem er ihn mit einer Guillotine Choke Submission in der letzten Runde bewusstlos geschlagen hatte; der Kampf wurde als Fight of the Night ausgezeichnet.
2011
Diaz trat als nächstes gegen den südkoreanischen Kämpfer Dong Hyun Kim an, am 1. Januar 2011 bei UFC 125. Diaz verlor den Kampf durch einstimmige Entscheidung.
Diaz kämpfte am 30. April 2011 bei UFC 129 gegen Rory MacDonald. Diaz war nicht in der Lage, einen nennenswerten Angriff zu starten und verlor durch einstimmige Entscheidung. Nach der Niederlage erklärte Diaz, dass er in die Leichtgewichtsklasse zurückkehren würde.
Diaz besiegte am 24. September 2011 bei UFC 135 den ehemaligen PRIDE Lightweight Champion Takanori Gomi durch Armbar Submission in der ersten Runde. Für seine Leistung wurde er als Submission of the Night ausgezeichnet.
Diaz besiegte Donald Cerrone bei UFC 141 durch eine einstimmige Entscheidung (30-27, 30-27 und 29-28) in einer Leistung, die beiden Teilnehmern die Auszeichnung Fight of the Night einbrachte. Obwohl Diaz mehrfach von Cerrones Beinangriffen von den Beinen geholt wurde, zeigte er eine der besten Leistungen seiner Karriere. Diaz stellte einen CompuStrike-Rekord auf, indem er auf dem Weg zu seinem Sieg über Cerrone 82 % der von ihm geworfenen Schläge landete.
2012
Diaz erhielt nach mehreren Jahren des Trainings schließlich seinen schwarzen Gürtel im brasilianischen Jiu-Jitsu von Cesar Gracie. Er erhielt den schwarzen Gürtel einen Monat vor seinem Kampf gegen seinen brasilianischen Jiu-Jitsu-Kollegen Jim Miller.
Diaz trat als nächstes gegen Jim Miller am 5. Mai 2012 bei UFC on Fox 3 an. Diaz konnte Miller in den ersten beiden Runden mehrheitlich ausboxen und schlug Miller am Ende der ersten Runde sogar mit einer geraden Linken nieder. Gegen Ende der zweiten Runde versuchte Miller einen Takedown, den Diaz abwehrte und mit einem Rolling Guillotine Choke konterte, so dass er bei 4:09 in der zweiten Runde aufgeben musste. Die Submission brachte Diaz seinen fünften Submission of the Night Bonus Award ein. Es war auch das erste Mal, dass Miller in seiner MMA-Karriere gestoppt wurde.
Diaz stand Benson Henderson am 8. Dezember 2012 bei UFC on Fox 5 im Hauptkampf um die UFC Lightweight Championship gegenüber. Diaz verlor den einseitigen Kampf durch einstimmige Entscheidung. Drei Wochen vor dem Titelkampf unterzeichnete Diaz einen Vertrag mit der UFC über acht Kämpfe.
2013
Diaz trat am 20. April 2013 bei UFC on Fox 7 gegen den ehemaligen Strikeforce Lightweight Champion Josh Thomson an. Er verlor den Kampf durch TKO aufgrund eines Kopfstoßes und Schlägen, wobei Nates Bruder Nick Diaz ein Handtuch ins Achteck warf, um dem Ringrichter zu signalisieren, den Kampf zu beenden. Am 16. Mai 2013 wurde Diaz von der UFC suspendiert, weil er den Verhaltenskodex der UFC verletzt hatte, indem er auf seiner Twitter-Seite eine homophobe Beleidigung verwendete. Die UFC drückte ihre Enttäuschung aus und suspendierte ihn; er wurde schließlich für 90 Tage suspendiert und mit einer Geldstrafe von 20.000 Dollar belegt.
Ein Gummikampf mit Gray Maynard fand am 30. November 2013 im Hauptkampf des The Ultimate Fighter 18 Finale statt. Diaz gewann durch TKO in der ersten Runde. Der Stopp brachte ihm seinen ersten Knockout of the Night-Bonus ein.
2014
Am 5. Mai 2014 wurden sowohl Nate Diaz als auch sein UFC-Kollege TJ Grant aus der UFC-Rangliste der Leichtgewichte gestrichen, nachdem sie von der UFC als inaktiv eingestuft worden waren.
Nach mehr als einem Jahr Pause vom Sport kehrte Diaz aus seiner selbst auferlegten Pause zurück und trat am 13. Dezember 2014 bei UFC on Fox 13 gegen Rafael Dos Anjos an. Diaz verpasste das Gewicht und kam mit 160,6 Pfund an. Er erhielt zusätzliche Zeit, um das Leichtgewichtslimit zu erreichen, und reduzierte sein Gewicht auf 155,2 Pfund. Dennoch wurde er mit einer Geldstrafe in Höhe von 20 Prozent seines Preisgeldes belegt, die an Rafael dos Anjos ging. Diaz, der die meiste Zeit des Kampfes unmotiviert und genervt wirkte, verlor den einseitigen Kampf durch einstimmige Entscheidung (30-26, 30-26 und 30-27).
2015
Diaz wurde kurz mit einem Weltergewichtskampf gegen Matt Brown am 11. Juli 2015 bei UFC 189 in Verbindung gebracht. Mitte April gab Brown jedoch bekannt, dass die Paarung verworfen wurde.
Nachdem er über ein Jahr lang pausiert hatte, kehrte Diaz zurück und trat am 19. Dezember 2015 bei UFC on Fox 17 gegen Michael Johnson an. Er gewann den Kampf durch einstimmige Entscheidung, nachdem er Johnson mit einem absoluten Boxspektakel besiegt hatte, und gab anschließend eines der berüchtigtsten Interviews in der Geschichte der UFC, in dem er Conor McGregor mit den Worten „Du nimmst mir alles, wofür ich arbeite, Motherfucker, und ich kämpfe gegen deinen verdammten Arsch“ im Live-Fernsehen anschrie. Beide Teilnehmer wurden als Fight of the Night ausgezeichnet.
2016
Diaz sollte am 5. März 2016 bei UFC 196 als Ersatz für den verletzten Rafael dos Anjos gegen Conor McGregor antreten. Da Diaz nur elf Tage im Voraus angekündigt wurde, fand der Kampf im Weltergewicht (170 lbs) statt, da er keine Zeit hatte, sein Gewicht zu reduzieren. Diaz gewann den Kampf durch Submission in der zweiten Runde. Damit errang Diaz seinen neunten Submission-Sieg in der UFC, den zweitmeisten aller Zeiten hinter Royce Gracie. Beide Kämpfer wurden als „Fight of the Night“ ausgezeichnet, und Diaz erhielt außerdem den „Performance of the Night“-Bonus.
Ein Rückkampf gegen McGregor war für den 9. Juli 2016 bei UFC 200 geplant. Am 19. April gab die UFC jedoch bekannt, dass McGregor von der Veranstaltung abgezogen wurde, nachdem er die mit dem Kampf verbundenen Medienverpflichtungen in Las Vegas nicht erfüllt hatte. Der Kampf gegen McGregor wurde daraufhin neu angesetzt und fand im darauffolgenden Monat bei UFC 202 statt, wiederum im Weltergewicht. Diaz verlor den Rückkampf durch Mehrheitsbeschluss. Der Kampf wurde erneut als „Fight of the Night“ ausgezeichnet.
Auf der Pressekonferenz nach dem Kampf bei UFC 202 verstieß Diaz gegen die USADA-Regel, indem er innerhalb von vier Stunden nach dem Kampf einen CBD- (Cannabidiol-) Vape Pen rauchte. Er wurde nicht sanktioniert, da CBD nicht als PED gilt. Die USADA änderte ihre Regeln und strich CBD kurz darauf von der Verbotsliste.
2018
Nach einer zweijährigen Auszeit wurde am 3. August 2018 bekannt gegeben, dass Diaz am 3. November in einem Leichtgewichtskampf gegen Dustin Poirier zurückkehren sollte. Dieser Kampf sollte als Co-Headliner von UFC 230 dienen. Am 9. Oktober 2018 wurde jedoch bekannt gegeben, dass Poirier verletzungsbedingt zurücktrat und der Kampf daraufhin abgesagt wurde.
2019
Nate Diaz kehrte am 17. August bei UFC 241 in den Wettkampf zurück. Er stand Anthony Pettis in einem Weltergewichtskampf gegenüber, der als Co-Main Event diente. Mit einer dominanten Leistung gewann er den Kampf durch einstimmige Entscheidung.
Diaz stand Jorge Masvidal am 2. November 2019 im Hauptkampf von UFC 244 gegenüber. In einer einmaligen Situation bestätigte UFC-Präsident Dana White, dass der Hauptkampf um einen feierlichen „Baddest Motherfucker“-Gürtel („BMF“) stattfand. Masvidal gewann den Kampf durch technischen K.o., der zwischen der dritten und vierten Runde vom Arzt gestoppt wurde, als der Arzt am Käfig feststellte, dass Diaz aufgrund eines Cuts über seinem rechten Auge nicht mehr weiterkämpfen konnte.