Diego Luna débute sur les planches dès l'âge de sept ans. Il partage ensuite son temps entre le théâtre et la télévision, deux activités qui le rendent très populaire au Mexique. Il se révèle sur grand écran en 2001, aux côtés de son compatriote Gael Garcia Bernal, dans Et... ta mère aussi ! d'Alfonso Cuaron. Sa prestation, très remarquée, l'impose d'emblée comme l'un des grands espoirs du cinéma mexicain.Diego Luna séduit ensuite Hollywood, s'illustrant notamment aux génériques de Frida et Open range. N'oubliant pas ses racines en jouant dans Nicotina, il décroche en 2004 un second rôle dans Le Terminal de Steven Spielberg qui lui ouvre un peu plus les portes de la renommée et lui permet d'être l'une des deux vedettes du thriller Criminal, en compagnie de John C. Reilly.