Ранна кариера (1999 - 2006):
* Y Tu Mamá También (2001) - Неговата пробивна роля, която му печели международно признание.
* Фрида (2002) - Играе ролята на Алекс, любовника на Фрида Кало.
* Мръсни танци:Хавана нощи (2004) - Той играе Хавиер, талантлив млад танцьор.
* Терминалът (2004) - По-малка роля заедно с Том Ханкс.
* Криминален (2004) - Криминална драма заедно с Джон Траволта.
* Трите погребения на Мелкиадес Естрада (2005) - Силно представяне на мексикански животновъд, търсещ справедливост.
По-нова работа (2007 г. - до момента):
* Мляко (2008) - поддържаща роля в този нашумял биографичен филм.
* Елизиум (2013) - Научнофантастичен екшън филм заедно с Мат Деймън.
* Rogue One:История от Междузвездни войни (2016) - Основна роля като капитан Касиан Андор.
* Наркос:Мексико (2018-2021) - водеща роля като Мигел Анхел Феликс Галардо.
* Междузвездни войни:Андор (2022-2023) – Повторно ролята си на Касиан Андор в този сериал на Disney+.
* Книгата на Боба Фет (2022) – Камео поява в този сериал на Disney+.
Други забележителни филми:
* Rudo y Cursi (2008) - Комедия за братя близнаци, които стават професионални футболисти.
* Дневниците на мотоциклета (2004) - Биографичен филм за ранните пътувания на Че Гевара.
* Имало едно време в Мексико (2003) - Участие в този екшън филм.
Това не е изчерпателен списък, но подчертава някои от най-популярните и аплодирани роли на Диего Луна. Той е многостранен актьор, който работи в различни жанрове и езици, утвърждавайки се като водеща фигура в международното кино.