Diegova matka, Fiona Alexander, byla Angličanka a zemřela při autonehodě, když byly Diegovi dva roky. Od té doby jej vychovával jeho otec, Alejandro Luna, který byl uznávaným mexickým scénografem. K herectví jej vlastně přivedl on. Jeho otec byl pracovně vytížený, a proto malého Diega brával s sebou na cesty po divadlech po celé Latinské Americe. Již v útlém věku se seznámil s Gaelem Garcia Bernalem, který se stal jeho nejlepším kamarádem a je jím i dodnes. Zahráli si spolu v seriálu.
Jeho první role, po které se o něj začali zajímat hollywoodští režiséři, byla v „lehce erotickém“ filmu Mexická jízda, ve které si zahrál se svým nejlepším přítelem. Film je o dvou sedmnáctiletým mladících, kteří se seznámí s osmadvacetiletou vdanou Španělkou a začnou ji svádět. Pozvou ji na pláž, ale žena se od doktora dozvídá špatnou zprávu, a tak se všichni tři vydávají na nespoutanou jízdu.
V roce 2004 dostal Diego nabídku zahrát si hlavní roli v pokračování veleúspěšného filmu z osmdesátých let Hříšný tanec 2. Jeho partnerku v tomto filmu hrála Romola Garai. S Tomem Hanksem si zahrál ve filmu Terminál.
Při natáčení jednoho ze svých filmů se seznámil s o šest let mladší herečkou, která se jmenuje Camila Sodi. Dne 5. února 2008 se vzali. 13. srpna 2008 se jim narodil syn Jeronimo, ke kterému 1. července 2010 přibyla sestřička Fiona.
