Născut și crescut la Londra, Day-Lewis a excelat pe scenă la Teatrul Național pentru Tineret înainte de a fi acceptat la Școala de Teatru Bristol Old Vic, unde a studiat timp de trei ani. În ciuda pregătirii sale tradiționale la Bristol Old Vic, este considerat un actor de metodă, cunoscut pentru devotamentul său constant și cercetarea rolurilor sale. Protector al vieții sale private, rareori acordă interviuri și face foarte puține apariții publice.
Day-Lewis a alternat între teatru și film în cea mai mare parte a anilor '80, alăturându-se Companiei Regale Shakespeare și interpretându-l pe Romeo Montague în Romeo și Julieta și pe Flute în Visul unei nopți de vară. Interpretând rolul titular în Hamlet la Teatrul Național din Londra în 1989, a părăsit scena în mijlocul unei reprezentații după ce a cedat emoțional în timpul unei scene în care apare fantoma tatălui lui Hamlet—aceasta a fost ultima sa apariție pe scenă. După roluri de susținere în filmele Gandhi (1982) și The Bounty (1984), a câștigat recunoaștere pentru performanțele sale de excepție în My Beautiful Laundrette (1985), A Room with a View (1985) și The Unbearable Lightness of Being (1988).
A câștigat trei Premii Oscar pentru Cel Mai Bun Actor pentru rolurile sale ca Christy Brown în My Left Foot (1989), un magnat al petrolului în There Will Be Blood (2007) și Abraham Lincoln în Lincoln (2012). A fost nominalizat la Oscar pentru In the Name of the Father (1993), Gangs of New York (2002) și Phantom Thread (2017). Alte filme notabile includ The Last of the Mohicans (1992), The Age of Innocence (1993), The Crucible (1996) și The Boxer (1997). S-a retras din actorie de două ori, între 1997