Korai karrier (1999-2006):
* Y Tu Mamá También (2001) - Kitörési szerepe, amivel nemzetközi elismerést szerzett.
* Frida (2002) - Alex, Frida Kahlo szeretője szerepét játssza.
* Dirty Dancing:Havanna Nights (2004) - Javiert, egy tehetséges fiatal táncost alakította.
* A terminál (2004) - Egy kisebb szerep Tom Hanks mellett.
* Bűnügyi (2004) - Krimi dráma John Travolta oldalán.
* Melquiades Estrada három temetése (2005) – Erőteljes teljesítmény mexikói farmerként, aki igazságot keres.
További újabb munkák (2007 - jelen):
* Tej (2008) – Mellékszerep ebben az elismert életrajzi filmben.
* Elysium (2013) – Sci-fi akciófilm Matt Damon oldalán.
* Rogue One:A Star Wars történet (2016) - Cassian Andor kapitány szerepe.
* Narcos:Mexikó (2018-2021) - Főszerep, mint Miguel Ángel Félix Gallardo.
* Star Wars:Andor (2022-2023) – Cassian Andor szerepének megismétlése ebben a Disney+ sorozatban.
* Boba Fett könyve (2022) – Cameo-szereplés ebben a Disney+ sorozatban.
Egyéb figyelemre méltó filmek:
* Rudo y Cursi (2008) - Vígjáték az ikertestvérekről, akik profi futballistákká válnak.
* A motoros naplók (2004) – Életrajzi film Che Guevara korai utazásairól.
* Egyszer volt Mexikóban (2003) - Egy rész ebben az akciófilmben.
Ez nem kimerítő lista, de kiemeli Diego Luna legnépszerűbb és legelismertebb szerepeit. Sokoldalú színész, aki különböző műfajokban és nyelveken dolgozott, és a nemzetközi filmművészet egyik vezető alakjává nőtte ki magát.