Počáteční kariéra (1999–2006):
* Y Tu Mamá También (2001) - Jeho průlomová role, která mu přinesla mezinárodní uznání.
* Frida (2002) - Hraje roli Alexe, milence Fridy Kahlo.
* Dirty Dancing:Havana Nights (2004) - Hrál Javiera, talentovaného mladého tanečníka.
* Terminál (2004) - Menší role po boku Toma Hankse.
* Trestní (2004) – Kriminální drama po boku Johna Travolty.
* Tři pohřby Melquiadese Estrady (2005) - Silný výkon mexického rančera hledajícího spravedlnost.
Další práce z poslední doby (2007 – současnost):
* Mléko (2008) – vedlejší role v tomto uznávaném životopisném filmu.
* Elysium (2013) - Sci-fi akční film po boku Matta Damona.
* Rogue One:Příběh Star Wars (2016) - Hlavní role jako kapitán Cassian Andor.
* Narcos:Mexiko (2018-2021) - Hlavní role jako Miguel Ángel Félix Gallardo.
* Star Wars:Andor (2022-2023) – Zopakování si role Cassiana Andora v této sérii Disney+.
* Kniha Boba Fetta (2022) – Objevení portrétu v této sérii Disney+.
Další významné filmy:
* Rudo y Cursi (2008) – Komedie o bratrech dvojčatech, kteří se stanou profesionálními fotbalisty.
* Motocyklové deníky (2004) - životopisný film o raných cestách Che Guevary.
* Tenkrát v Mexiku (2003) - Část v tomto akčním filmu.
Toto není vyčerpávající seznam, ale zdůrazňuje některé z nejoblíbenějších a nejuznávanějších rolí Diega Luny. Je to všestranný herec, který pracoval napříč různými žánry a jazyky a etabloval se jako přední osobnost mezinárodní kinematografie.