Rana karijera (1999. - 2006.):
* Y Tu Mamá También (2001.) - Njegova uspješna uloga koja mu je donijela međunarodno priznanje.
* Frida (2002) - Glumi ulogu Alexa, ljubavnika Fride Kahlo.
* Prljavi ples:Havanske noći (2004.) - Glumio je Javiera, talentiranog mladog plesača.
* Terminal (2004.) - Manja uloga uz Toma Hanksa.
* Kriminalac (2004.) - kriminalistička drama s Johnom Travoltom.
* Tri ukopa Melquiadesa Estrade (2005.) - Snažna izvedba meksičkog rančera koji traži pravdu.
Noviji rad (2007. - danas):
* Mlijeko (2008.) - Sporedna uloga u ovom hvaljenom biografskom filmu.
* Elysium (2013.) - znanstvenofantastični akcijski film s Mattom Damonom.
* Rogue One:Priča iz Ratova zvijezda (2016.) - Glavna uloga kapetana Cassiana Andora.
* Narcos:Meksiko (2018.-2021.) - Glavna uloga Miguela Ángela Félixa Gallarda.
* Ratovi zvijezda:Andor (2022.-2023.) - Reprizira svoju ulogu Cassiana Andora u ovoj Disney+ seriji.
* Knjiga Bobe Fetta (2022.) - Kameo pojavljivanje u ovoj Disney+ seriji.
Ostali poznati filmovi:
* Rudo y Cursi (2008.) - Komedija o braći blizancima koji postaju profesionalni nogometaši.
* Motociklistički dnevnici (2004.) - Biografski film o ranim putovanjima Che Guevare.
* Bilo jednom u Meksiku (2003) - Udio u ovom akcijskom filmu.
Ovo nije iscrpan popis, ali ističe neke od najpopularnijih i najhvaljenijih uloga Diega Lune. On je svestran glumac koji je radio u različitim žanrovima i na različitim jezicima, etablirajući se kao vodeća figura u međunarodnoj kinematografiji.