Začiatok kariéry (1999 – 2006):
* Y Tu Mamá También (2001) - Jeho prelomová rola, ktorá mu priniesla medzinárodné uznanie.
* Frida (2002) - Hranie v úlohe Alexa, milenca Fridy Kahlo.
* Špinavý tanec:Havana Nights (2004) - Hral Javiera, talentovaného mladého tanečníka.
* Terminál (2004) – Menšia rola po boku Toma Hanksa.
* Zločinec (2004) – Kriminálna dráma po boku Johna Travoltu.
* Tri pohreby Melquiades Estrada (2005) – Silný výkon mexického rančera hľadajúceho spravodlivosť.
Nedávnejšia práca (2007 – súčasnosť):
* Mlieko (2008) - Vedľajšia úloha v tomto uznávanom životopisnom filme.
* Elysium (2013) – akčný sci-fi film po boku Matta Damona.
* Rogue One:Príbeh Star Wars (2016) - Hlavná úloha ako kapitán Cassian Andor.
* Narcos:Mexiko (2018-2021) - V hlavnej úlohe Miguel Ángel Félix Gallardo.
* Star Wars:Andor (2022-2023) – Zopakuje si svoju úlohu Cassiana Andora v tejto sérii Disney+.
* Kniha Boba Fetta (2022) – Portrét v tejto sérii Disney+.
Ďalšie významné filmy:
* Rudo y Cursi (2008) – komédia o dvojičkách, z ktorých sa stanú profesionálni futbalisti.
* Motocyklové denníky (2004) - životopisný film o raných cestách Che Guevaru.
* Kedysi dávno v Mexiku (2003) - Účasť v tomto akčnom filme.
Toto nie je úplný zoznam, ale zdôrazňuje niektoré z najobľúbenejších a najuznávanejších úloh Diega Lunu. Je to všestranný herec, ktorý pracoval naprieč rôznymi žánrami a jazykmi a etabloval sa ako vedúca osobnosť medzinárodnej kinematografie.