Początek kariery (1999–2006):
* Y Tu Mamá También (2001) - Przełomowa rola, która przyniosła mu międzynarodowe uznanie.
* Frida (2002) - Rola Alexa, kochanka Fridy Kahlo.
* Dirty Dancing:Noce w Hawanie (2004) - Zagrał Javiera, utalentowanego młodego tancerza.
* Terminal (2004) - Mniejsza rola u boku Toma Hanksa.
* Przestępstwo (2004) - Dramat kryminalny z udziałem Johna Travolty.
* Trzy pochówki Melquiadesa Estrady (2005) - Mocny występ meksykańskiego ranczera szukającego sprawiedliwości.
Więcej najnowszych prac (2007–obecnie):
* Mleko (2008) – drugoplanowa rola w tym uznanym filmie biograficznym.
* Elizjum (2013) - Film akcji science fiction z Mattem Damonem.
* Łotr 1:historia Gwiezdnych Wojen (2016) - Główna rola jako Kapitan Cassian Andor.
* Narcos:Meksyk (2018-2021) - Wiodąca rola jako Miguel Ángel Félix Gallardo.
* Gwiezdne Wojny:Andor (2022–2023) – ponowne wcielenie się w rolę Kasjana Andora w serialu Disney+.
* Księga Boby Fetta (2022) – epizodyczny występ w serialu Disney+.
Inne godne uwagi filmy:
* Rudo y Cursi (2008) - Komedia o braciach bliźniakach, którzy zostają zawodowymi piłkarzami.
* Dzienniki motocyklowe (2004) - Film biograficzny o wczesnych podróżach Che Guevary.
* Pewnego razu w Meksyku (2003) - Udział w tym filmie akcji.
Nie jest to wyczerpująca lista, ale przedstawia niektóre z najpopularniejszych i cenionych ról Diego Luny. Jest wszechstronnym aktorem, który pracował w różnych gatunkach i językach, stając się czołową postacią międzynarodowego kina.