Diego Luna se dió a conocer entre los espectadores de todo el mundo con su papel protagonista en la galardonada "Y tu mamá también", junto a Maribel Verdú y Gael García Bernal, para el director Alfonso Cuarón. Recientemente ha protagonizado el gran éxito de taquilla "Rogue One: Una historia de Star Wars", junto a Felicity Jones y Ben Mendelsohn.

Luna, que empezó su carrera como actor profesional sobre los escenarios a los siete años de edad, debutó en televisión con doce años en "El abuelo y yo", y ha trabajado en numerosas producciones teatrales como "De película", "La tarea" (basada en la película homónima de Jaime Humberto Hermosillo), "Comedia clandestina" y "El cántaro roto", por la que aceptó el premio "revelación masculina" de 1996-1997 de la Asociación de Críticos Teatrales. Bajo la dirección de Antonio Serrano ("Sexo, pudor y lágrimas"), participó en "Molière", de Sabina Berman. Produjo "Las obras completas de William Shakespeare" en México, por la que ganó el premio al "mejor actor cómico" en 2001-2002 de la Asociación de Críticos Teatrales. Luna también obtuvo un gran éxito sobre los escenarios como actor y productor de "El buen canario", de John Malkovich.

"César Chávez", ópera prima como director en habla inglesa de Diego Luna, se estrenó en Estados Unidos en 2014. El filme estaba protagonizado por Michael Peña, América Ferrera, Rosario Dawson y John Malkovich. Su trabajo más reciente como director, "Sr. Pig", se estrenó en el Festival de Cine de Sundance de 2016 y está protagonizado por Danny Glover y Maya Rudolph. Ambas películas fueron producidas por Canana, la productora que Luna fundó con sus socios Gael García Bernal y Pablo Cruz en 2005. La compañía ha logrado convertirse en una de las principales productoras de cine y televisión de Latinoamérica y ha llevado sus operaciones hasta Estados Unidos, ampliando su alcance y su visión para crear contenidos que traten historias latinoamericanas con atractivo internacional. Canana abre sus puertas a nuevos talentos: actores, guionistas y directores que han atrapado a los espectadores de todo el mundo con películas que ofrecen un punto de vista fresco sobre Latinoamérica. Luna también es copropietario de la compañía de contenidos patrocinados Gloria, con sede en Los Ángeles.

Luna fue productor ejecutivo de "Manto acuífero" y "Paraíso" en México. Anteriormente, dirigió, escribió y produjo "Abel", una alentadora historia sobre un peculiar joven que regresa a casa para asumir el papel de cabeza de familia, pero no tarda en descubrir que sus actos empiezan a tener un impacto positivo en la familia y su unidad. Además, Luna dirigió uno de los diez cortometrajes que componían la antología "Revolución". En 2007, Luna dirigió el documental "J. C. Chávez", que se presentó en el Festival de Cine de Tribeca. La cinta trata sobre la vida del legendario boxeador mexicano Julio César Chávez, cuyo ascenso desde sus humildes orígenes hasta ganar 37 combates por el título mundial reflejaba la lucha de su pueblo y le permitió ganarse los corazones de todo el mundo.

Recientemente, ha intervenido en "Blood Father", junto a Mel Gibson y William H. Macy y en el telefilme de Amazon "Casanova". Entre sus películas anteriores figuran la cinta de animación "El libro de la vida", con un reparto de voces que incluía a Channing Tatum y Zoe Saldana, "Elysium", junto a Matt Damon, la galardonada "Mi nombre es Harvey Milk", frente a Sean Penn, para el director Gus Van Sant, "Contraband", con Mark Wahlberg, "Casa de mi padre", con Will Ferrell, "Rudo y Cursi", de Carlos Cuarón, "Mister Lonely", de Harmony Korine, "Antes que anochezca", para el director Julian Schnabel, "Ámbar", de Luis Estrada, "Un hilito de sangre", de Erwin Neumaier, "Un dulce olor a muerte", de Gabriel Retes, "El cometa", de Maryse Sistach y José Buil, "Todo el poder", de Fernando Sariñana, "Criminal" para la productora Section Eight Productions, de George Clooney y Stephen Soderbergh, "La terminal", para el director Steven Spielberg, "Sólo Dios sabe", con Alice Braga, "Dirty Dancing 2", "Open Range", junto al director y protagonista Kevin Costner, "Frida", frente a Salma Hayek, para la directora Julie Taymor, "Carambola", "Fidel Castro" para Showtime, "Ciudades oscuras" y "Soldados de Salamina", de David Trueba, con Ariadna Gil. Además, Luna ha intervenido en toda una serie de cortometrajes realizados por estudiantes de CUEC y CCC, entre ellos "El último fin de año", de Javier Bourges, que ganó un Óscar.

Luna reside en México.