Entre sus filmes más reconocidos se encuentran: Amores perros, Y tu mamá también, El crimen del padre Amaro, Vidas privadas, Diarios de motocicleta, Babel, Letters to Juliet, A Little Bit of Heaven y No, entre otras.
También prestó su voz para el personaje de Héctor en la animada Coco, para las versiones en inglés y español.
La revista People en Español lo ha incluido en las listas de Artista mejor vestido, Soltero más deseado y Las 50 bellezas latinas.
[4] En el año 2001 protagonizó Y tu mamá también junto a Diego Luna, una película cargada de sexualidad que, a pesar de no haber sido elegida por México para representar al país en el Óscar, fue nominada al Mejor Guion.
[5] Durante 2001 realizó su primer papel en inglés, en Estados Unidos, con el filme The Last Post y luego en I'm with Lucy.
[6] Su siguiente protagónico fue The King, en 2005, luego La ciencia del sueño (La science des rêves), en 2006, marcando su debut en el cine francés.
Como director volvió a incursionar en 2008 con 8 y al año siguiente con Lucio, en donde también ocupó el rol de productor ejecutivo.
En 2014 protagonizó en Estados Unidos el filme Rosewater donde interpretó a un periodista londinense, Maziar Bahari, que fue detenido en Irán.
Ese mismo año ofició como productor ejecutivo del documental Pajareros, dirigido por la mexicana Otilia Portillo Padua y estrenado en Netflix el 25 de septiembre.
[8] En 2023 se estrenó la película Cassandro en el que le da vida al luchador exótico del mismo nombre.
Ocurre también en una escena al principio de Y tu mamá también, donde tiene un acto sexual parcial con la actriz María Aura.
Entre 2007 y 2014 mantuvo una relación con la actriz argentina Dolores Fonzi, a quien conoció en 2001 en el set de la película Vidas privadas.
[17] Desde 2019 se encuentra en una relación con la periodista mexicana Fernanda Aragonés, con quien en 2021 tuvo a su tercer hijo y primero de la pareja.