[1]​ Inició su carrera en el cine a los ocho años con el cortometraje El último fin de año.

En 1992 participó en su primera telenovela, El abuelo y yo al lado de Gael García Bernal.

En 2006, Diego Luna estrenó en México su primer largometraje local desde Nicotina (2003), en el que comparte protagonismo con la actriz brasileña Alice Braga.

Recorrió el país con la obra teatral Las obras completas de William Shakespeare (Abreviadas) junto a los actores Jesús Ochoa, Rodrigo Murray y fue un éxito en taquilla, lo que permitió que recuperara rápidamente su inversión.

Festen fue otra obra de gran éxito que protagonizó este actor, junto a Diana Bracho y José María Yazpik, la cual estuvo basada en un polémico y trágico filme de 1998.