Paloma Díaz-Mas nació en Madrid en 1954 y allí se doctora en Filología y se licencia en Periodismo.

Inicia su carrera como escritora de ficción a los diecinueve años con un libro de pequeñas biografías ficticias: Biografías de genios, traidores, sabios y suicidas, según antiguos documentos (reeditará esta obra en 2014 bajo el título Ilustres desconocidos). Diez años después escribe la que es hasta ahora su única obra de teatro, La informante, obtiene con ella el Premio Teatro Breve Rojas Zorrilla 1983, y ese mismo año verá publicada su primera novela, El rapto del Santo Grial, un libro al más puro estilo del género de caballerías protagonizado por el rey Arturo y sus caballeros de la Mesa Redonda, que ya muestra cómo la autora aunará su pasión por la literatura medieval con su narrativa. Con esta obra quedará finalista del Premio Herralde, en la primera convocatoria de este prestigioso galardón convocado por la editorial Anagrama, con la que publicará prácticamente toda su obra de ficción.

Vuelve a jugar con la recreación de textos medievales con Tras las huellas de Artorius, que le reporta el Premio Cáceres de Novela Corta en 1984. Continúa su pasión por la reescritura histórica con el libro de relatos Nuestro milenio, finalista del Premio Nacional de Narrativa 1987 y la novela El sueño de Venecia, trazando la historia del retrato de una cortesana del siglo XVII, con la que obtiene el X Premio Herralde en 1992. Estuvo a punto de obtener el Premio de la Crítica en 2000, pero sí recibió ese mismo año el Premio Euskadi de narrativa en español, por La tierra fértil; de la que el jurado del galardón destacó que su lenguaje insuflado de naturalidad, limpieza y frescura, hace totalmente verosímil el momento histórico descrito así como por la belleza y delicadeza de la narración.

No solo reescribe historias ajenas en su narrativa, en 1992 publica Una ciudad llamada Eugenio, relatando su estancia en los Estados Unidos, en la ciudad de Eugene, y en Como un libro cerrado recrea una suerte de memorias. Ya en 2014, basándose en sus experiencias personales con las mascotas felinas, analiza nuestra relación con los gatos en Lo que aprendemos de los gatos.

Su carrera académica la llevó a ser catedrática de literatura española y sefardí en la Universidad del País Vasco durante varios años; actualmente es investigadora del Instituto de la Lengua Española del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Su ámbito de estudio está centrado en la literatura medieval, hispanojudía y sefardí; así publica en 1986 Los sefardíes: Historia, lengua, cultura, ensayo merecedor de un puesto finalista en el Premio Nacional de Ensayo. Han visto la luz, en compañía de otros investigadores o en solitario, varios ensayos suyos como Judaísmo e Islam, Romancero, Los sefardíes ante los retos del mundo contemporáneo, Los sefardíes y la poesía tradicional hispánica del siglo XVIII o Cartas sefardíes de Salónica.

Ocupa el sillón i de la RAE desde 2021, por propuesta de, la también académica, Soledad Puértolas, en sustitución de la fallecida Margarita Salas.