Empezó su carrera profesional como actor siendo niño en México. Debutó en la gran pantalla en Amores perros, de Alejandro González Iñárritu, nominada a un Oscar. Su espléndida interpretación en esta película no sólo le catapultó a la fama, sino que fue galardonada con un Ariel de Plata (el equivalente a los Premios Goya en México) al Mejor Actor, y un Hugo de Plata del Festival de Chicago.
Su siguiente película fue otro éxito internacional también nominado por la Academia, Y tu mamá también, de Alfonso Cuarón, coprotagonizado por su gran amigo Diego Luna. Por su interpretación, los dos amigos obtuvieron ex aequo el Premio Marcello Mastroianni del Festival de Venecia.
En 2006 debuta en los escenarios londinenses interpretando el principal personaje masculino de "Bodas de sangre", de Federico García Lorca, además de rodar un drama independiente, The King, de James Marsh, con William Hurt.
