Tras su adolescencia se muda a Londres para inscribirse en la Central School of Speech and Drama, donde comenzaría sus estudios de arte dramático y realizaría sus primeras apariciones en cortometrajes como ‘De tripas corazón’ en 1996. Su primera película, ‘Amores perros’, se estrena en el año 2000 y supone todo un éxito de taquilla que le vale una nominación al Oscar como Mejor película extranjera. A este título seguirían muchos otros, como ‘Y tu mamá también’ o ‘El crimen del Padre Amaro’, que también fueron reconocidos por la Academia.
El actor logra un gran reconocimiento por parte de la crítica gracias a estas películas y lleva a cabo muchas otras como ‘Diarios de motocicleta’ (2004), ‘La mala educacion' (2004) de Almodóvar o ‘Babel’ (2006). Además es, junto a Diego Luna, propietario de la productora Canana Films que desde 2006 ha producido numerosos títulos.