Michael Peña se ha distinguido en Hollywood como actor de amplio registro interpretativo y ha trabajado para una impresionante lista de galardonados directores. El año pasado, Peña volvió a trabajar con el director David Ayer en la película Corazones de acero, actuando junto a Brad Pitt y Shia LaBeouf.
Peña logró un notable reconocimiento por su trabajo en la provocadora película de Paul Haggis, ganadora del Oscar, Crash, donde actuó junto a Don Cheadle, Matt Dillon y Terrence Howard. El filme fue muy valorado por la crítica por la lectura que proporcionaba de las complejas relaciones raciales en la América contemporánea, y Peña, junto al resto del reparto, logró numerosas nominaciones por su papel del cerrajero Daniel, obteniendo además sendos premios del Sindicato de Actores y de la asociación Broadcast Film Critics por mejor actuación de reparto. En 2013, Peña apareció en el filme de David ORussell La gran estafa americana, que obtuvo un Globo de Oro así como premios al conjunto del reparto del Sindicato de Actores y de la asociación Broadcast Film Critics. La película fue también nominada al BAFTA y al Premio de la Academia.
En 2014, Peña interpretó al defensor de los derechos civiles y laborales César Chávez en Chávez. La película fue dirigida por Diego Luna y producida por Canana Films y Mr. Mudd. En el filme, Peña interpreta a Chávez, un hombre que adoptó la no violencia como método de lucha contra la codicia y los prejuicios en su batalla por los derechos de los trabajadores agrícolas.
También el año pasado, Peña apareció en la miniserie de Fox Gracepoint, remake de la serie británica Broadchurch. La serie se centra en el detective Emmett Carver (David Tennant), principal investigador del sobrecogedor asesinato de Danny, un niño de 11 años, un caso que somete a escrutinio toda una pequeña ciudad. Peña interpretó al padre de Danny, un popular fontanero local y hombre de familia.
Más recientemente, ha aparecido en la película de Marvel El hombre hormiga.
En 2012, Peña actuó en la aclamada película Sin tregua, estrenada en el Festival de Cine de Toronto. El filme se centra en dos jóvenes policías de la zona South Central de Los Ángeles que son amenazados de muerte tras confiscar un pequeño alijo de dinero y armas a los miembros de un infame cartel durante un control de tráfico rutinario. Por su papel del oficial Zavala, Peña fue nominado a un Independent Spirit y la película fue reconocida por la National Board of Review como una de las diez mejores películas independientes del año.
Peña también ha actuado recientemente en los filmes: Everything Must Go, junto a Will Ferrell y Rebecca Hall; Gangster Squad (Brigada de élite), junto a Sean Penn, Josh Brolin y Ryan Gosling, y en la película animada de DreamWorks Turbo.
La filmografía de Peña incluye asimismo: Tipos con suerte, coprotagonizada por Rachel McAdams y Tim Robbins; la comedia de Jody Hill Cuerpos de seguridad, con Seth Rogen; el drama político dirigido por Robert Redford Leones por corderos, con Tom Cruise y Meryl Streep; y el thriller psicológico de Werner Herzog y David Lynch My Son, My Son, What Have Ye Done, con Michael Shannon, Willem Dafoe y Chloe Sevigny.
Otros notables títulos en su haber son: World Trade Center, de Oliver Stone, que narraba el heroísmo de los servicios de emergencia norteamericanos inmediatamente después de los atentados del 11 de septiembre; Million Dollar Baby, de Clint Eastwood; El mundo de Leland, de Matthew Ryan Hoge; Buffalo Soldiers, de Gregor Jordan; El tirador, de Antoine Fuqua; Un golpe de altura, de Brett Ratner, y Babel, de Alejandro González Iñárritu.
En televisión, Peña protagonizó la película de HBO Walkout. Basada en la verdadera historia de un joven profesor de instituto mexicano-norteamericano que ayudó a organizar una masiva huelga de estudiantes a mediados de los 60. Por su trabajo, Peña obtuvo un premio Imagen al mejor actor en la categoría de televisión. Peña volvió a trabajar con Danny McBride en la segunda temporada de la serie de HBO Eastbound and Down. Asimismo, se incorporó al drama de F/X The Shield: Al margen de la ley en su cuarta temporada, dando vida a uno de los principales personajes de la serie y actuando junto a Glenn Close y Anthony Anderson. Su trabajo en televisión incluye también la película de NBC producida por Steven Spielberg Semper Fi.
Criado en Chicago, Peña empezó a actuar venciendo a cientos de aspirantes en un casting abierto para conseguir un papel en la película de Peter Bogdonovich To Sir, With Love 2, protagonizada por Sidney Poitier.