Диего Луна Александър е роден на 29 декември 1979 в Мексико Сити, Мексико. Баща му е Алехандро Луна – художник по декорите, а майка му Фиона Александър, художник на костюми. Баща му е мексиканец, а майка му има британско, шотландско и английско потекло. Майката умира когато Диего е едва две годишен в автомобилна катастрофа. С течение на времето, малкото момче става все по-заинтригувано от професията на баща си, който е един от най-уважаваните и търсени дизайнери в Мексико, Диего се увлича по театъра, киното, операта.
От най-ранна възраст започва своите актьорски прояви, като работи в телевизията, киното и театъра. Първата му роля е в лентата „El último fin de año“ (1991). Следващата му поява на екрана е в мексиканската сапунена опера „El abuelo y yo“ (1992). В тази продукция най-добрият му приятел от детството Гаел Гарсия Бернал играе главната роля. След това, Дего започва да получава все повече и повече роли не само в телевизионни и кино проекти, но и в театъра. Прави своя голям пробив през 2001, когато се снима в „Y tu mamá también“, отново заедно с най-добрия си приятел Гаел Гарсия Бернал.
Неговата звезда продължава да блести и той си изгражда солидно име дори и на американския пазара, с такива участия като ролята му заедно с Бон Джови във „Vampires: Los Muertos“ (2002) и в една от най-успешните продукции – биографичният филм за мексиканската художничка Фрида Кало „Frida“ (2002). Снима се в редица други продукции, като играе роли в голямо жанрово разнообразие не само в родното Мексико и Латинска Америка, но и в Съединените щати.
През 2008 се жени за Камила Сода, с която имат две деца. През 2013 се развеждат. Диего Луна и Гаел Гарсия Бернал имат своя собствена продуцентска компания „Canana Productions“.