Diego Luna Alexander nasce a Mexico City, Distrito Federal (Messico) il 29 Dicembre 1979 sotto il segno del Capricorno da Alejandro Luna, messicano di professione scenografo e Fiona Alexander, inglese. Ha una sorella minore, Maria.
Fin da piccolo è nel mondo dello spettacolo tanto che all'età di soli tre anni partecipa alla pellicola diretta da Carlos Saura Antonieta. Un incidente automobistico nel 1982 gli fa perdere la madre prematuramente; per tutti è un duro colpo e Alejandro, il padre inizia a crescere i due bambini da solo trasmettendo a tutti e due l'amore per il teatro; solo Diego viene coinvolto dal grande mistero che è la recitazione e inizia a studiare, pian piano viene notato da varie produzione messicane e cinematografiche.
Partecipa alla serie TV dal titolo Carruse (1989) e a l film El Ultimo fin de ano (1991). Nel 1995 prende parte al film Hilito de sangre e a varie produzioni messicane.
Nel 2001 il grande salto di qualità, il regista Julian Schnabel lo chiama per girare Prima che sia notte accanto ad attori internazionali come Johnny Depp, Javier Bardem, Olivier Martinez e al nostro Andrea Di Stefano; di seguito Alfonso Cuaron lo dirige in Y,Tu Mamà tambien insieme a Gael Carcia Bernal. Per il ruolo Diego vince il Valdivia International Film Festival in Cile ma il premio più importante lo ottiene al Festival di Venezia ottenendo il Marcello Mastroianni Award.
Seguono altri ruoli in produzioni latine e nel 2003 Kevin Costner lo vuole nel suo film Open Range - Terre di Confine accanto a Michael Gambon, Annette Bening e Robert Duvall.
Nel 2004 viene scelto per interpretare il ballerino latino di Dirty Dancing -Havana Nights con Romola Garai, ma la grandissima occasione arriva nello stesso anno quando Steven Spielberg lo dirige insieme a Tom Hanks e Catherine Zeta-Jones in The Terminal.
Nel 2007 interpreta Michael Jackson nel film Mister Lonely presentato al Milano Film Festival.
Ha appena completato per la regia di Carlos Cuaron, fratello del più famoso regista, Rudo y Cursi sempre accanto all'amico inseparabile Gael Garcia Bernale per Gus Van Sant Milk con Sean Penn, Emile Hirsch, James Franco e Josh Brolin.
E' sposato con Camila Sodi, attrice e tra i suoi migliori amici troviamo il già citato Gael Garcia Bernal e la bellissima Romola Garai.
In più di un'occasione ha espresso il desiderio di poter un giorno essere diretto dai fratelli Coen e ci giuriamo che con quell'aria da eterno ragazzino e quel sorriso impertinente presto sarà esaudito.
2001 Premio Premio "Marcello Mastroianni" per il miglior esordiente per Y tu mamá también
2009 Candidatura Miglior attore per Sólo quiero caminar
2009 Premio Migliore performance dell'intero cast per Milk
2018 Recitazione
2017 Recitazione
2016 Recitazione
2014 Recitazione
L'attore ha riflettuto molto sul fatto di far parte della saga di Star Wars da ormai quasi un decennio, dall'uscita di Rogue One
Uno dei personaggi di Rogue One: A Star Wars Story che mancava ancora all'appello farà ritorno nella seconda stagione della serie
Il cast del film Il bacio della donna ragno, con star Jennifer Lopez, si è arricchito con l'arrivo di Diego Luna e Tonatiuh, tra i produttori anche Ben Affleck e Matt Damon.
L'attore Diego Luna ha voluto condividere un post sui social per ringraziare la troupe e il cast della stagione 2 di Andor, le cui riprese si sono concluse.
Il team che ha portato al successo The Boys sembra stia sviluppando uno spinoff della serie ambientato a Città del Messico e girato in spagnolo.