Leguizamo și-a început cariera ca și comedian de stand-up în New York City. După câțiva ani în care a avut roluri secundare în film și televiziune, a devenit celebru cu roluri semnificative în aventura fantastică Super Mario Bros., interpretându-l pe Luigi Mario, și în drama criminală Carlito's Way, interpretându-l pe Benny Blanco (ambele din 1993), urmate de un rol ca drag queen Chi-Chi Rodriguez în comedia de drum To Wong Foo, Thanks for Everything! Julie Newmar (1995), pentru care a primit o nominalizare la Premiul Globul de Aur pentru Cel mai Bun Actor în Rol Secundar. Alte filme în care a apărut Leguizamo includ Romeo + Juliet (1996), The Pest (1997), Summer of Sam (1999), Moulin Rouge! (2001), Empire (2002), Love in the Time of Cholera (2007), Righteous Kill (2008), The Lincoln Lawyer (2011), The Counselor (2013), John Wick (2014), John Wick 2 (2017) și The Menu (2022). Ca actor de voce, a narat sitcomul The Brothers García (2000–2004). A jucat rolul lui Sid the Sloth în franciza Ice Age și pe Bruno Madrigal în Encanto (2021).
Leguizamo este cunoscut și pentru rolurile sale televizate, inclusiv Freak (1998), pentru care a primit Premiul Primetime Emmy pentru Performanță Individuală Remarcabilă într-un Program de Varietate sau Muzică în 1999. Această victorie istorică l-a făcut pe Leguizamo primul latino care a câștigat acest premiu în istoria Emmy. A primit alte nominalizări la Premiul Primetime Emmy pentru miniseria Waco (2018) și pentru seria limitată Netflix When They See Us (2019). De asemenea, a apărut în ER, The Kill Point, Bloodline și The Mandalorian. În 2023, a fost gazda seriei