Seine Karriere begann Daniel Brühl bereits im Alter von acht Jahren beim Westdeutschen Rundfunk, wo er bei Hörspielen mitwirkte, später folgten Engagements als Synchronsprecher. Trotz der frühen Karriereschritte beherzigte Daniel den Wunsch seines Vaters, erst die Schule zu beenden und dann weiter bei Film und Fernsehen zu arbeiten. Eine Schauspielschule hat er nie besucht.
Daniel Brühl wurde am 16. Juni 1978 unter dem Namen Daniel César Martín Brühl-González in Barcelona (Spanien) als Sohn des deutschen TV-Regisseurs Hanno Brühl und der Lehrerin Marisa González-Domingo geboren. Bereits kurz nach seiner Geburt zog Daniel mit seinen Eltern und seinen Geschwistern Oliver und Miriam nach Köln, wo er später das Dreikönigsgymnasium besuchte. Durch die kulturelle Vielfalt in der Familie wuchs Brühl mehrsprachig auf, was ihm bei späteren Dreharbeiten immer wieder zugute kam, da er zahlreiche Filmrollen in internationalen Produktionen selbst synchronisieren konnte. So spricht er fließend Deutsch, Spanisch, Englisch, Portugiesisch, Französisch und Katalanisch.
Seine Karriere begann Brühl nicht klassisch als Schauspieler, sondern zunächst als Hörbuch- und Synchronsprecher für den WDR-Hörfunk. 1994 war er in einer ersten TV-Rolle im Fernsehfilm "Svens Geheimnis" zu sehen. Während er erste Schauspielerfahrung mit deutschen Serienproduktionen sammelte, gelang ihm sein internationaler Durchbruch mit Alexander Kerners Kinofilm "Good Bye, Lenin!" (2003). Einige Jahre später begeisterte er das spanische Publikum in der Hauptrolle des Films "Salvador – Kampf um die Freiheit" (2006). Brühl beschränkt sich nicht auf ein bestimmtes Genre, sondern zeichnet sich durch seine vielfältigen Rollen aus. So war er an der Seite von Matt Damon im Film "Das Bourne Ultimatum" (2007) zu sehen und brillierte in Quentin Tarantinos "Inglourious Basterds" (2009). Weitere bekannte Rollen nahm Brühl in "Inside Wikileaks" (2013) und "Colonia Dignidad" (2015) an der Seite von Emma Watson ein.
Brühl ist sozial engagiert und setzt sich unter anderem seit 2014 für die "Hear the World Foundation" ein, die sich für Menschen mit Hörverlust stark macht. Er ist ebenfalls Gründungsmitglied der Deutschen Filmakademie und wurde 2017 in die Academy of Motion Pictures aufgenommen. Seit 2016 hat der Schauspieler einen gemeinsamen Sohn mit der Psychologin Fecilitas Rombold. 2020 kam das zweite Kind des Paares zur Welt.