Fils du comédien de théâtre Hanno Brühl et d'une professeur espagnole, Daniel Brühl naît à Barcelone et passe son enfance aux côtés de son frère et de sa sœur à Cologne. Il vit actuellement à Berlin.
Il a déjà joué dans sept films et remporté le Prix Max Ophüls en 2001 quand il devient célèbre en Allemagne et dans plusieurs pays européens avec le rôle d'Alex dans Good bye, Lenin! de Wolfgang Becker. Ce film rassemble six millions de spectateurs dans le monde. Dans ce film, il joue Alex, jeune Est-Allemand dont la mère passe huit mois dans le coma alors que l'Allemagne vit la chute du Mur de Berlin et la réunification. Avec sa sœur, Alex doit cacher tout cela à sa mère, sympathisante idéaliste et naïve du régime communiste. Il joue ensuite dans le film The Edukators, qui contribue encore à sa notoriété et dans lequel il retrouve l'acteur Burghart Klaussner déjà présent dans Good bye, Lenin!.
Ces deux rôles lui ouvrent les portes d'une carrière internationale. Ils lui permettent ainsi en 2004 de jouer dans Les Dames de Cornouailles, pour lequel il prend des cours de polonais et de violon, et dans Joyeux Noël, coproduction européenne mêlant des acteurs écossais, français, et allemands. Il est par la suite à l'affiche de Two Days in Paris et de La vengeance dans la peau.
Il confirme depuis le tournant international pris par sa carrière en jouant dans le film Inglourious Basterds, dans le film de Julie Delpy, La Comtesse ou encore dans le film espagnol Salvador sur le militant anarchiste catalan Salvador Puig Antich.
