Figlio del poeta Cecil Day-Lewis e dell'attrice Jill Balcon, Daniel Day Lewis, appena adolescente esordisce nel cinema con "Domenica, maledetta domenica" di John Schlesinger, nel ruolo di un giovane teppista. Ma la gavetta la fa in teatro, le sue interpretazioni più significative sono quelle per la Royal Shakespeare Company e per il National Theatre.
Nel 1982 è di nuovo sul set cinematografico con "Gandhi" di Richard Attenboroug, nel ruolo di uno dei tre ragazzi che avvicinano Gandhi per strada.
Nel 1985 si afferma grazie a due film di successo, "Camera con vista" di James Ivory e "My Beautiful Landrette" di Stephen Frears. Nel 1989 arriva a vincere l'Oscar grazie all'incredibile interpretazione di uno scrittore paraplegico nel drammatico "Il mio piede sinistro" di Jim Sheridan. Poco più tardi incassa un altro incredibile successo con "L'ultimo dei Mohicani" (1992) di Michael Mann, un kolossal che lo consacra definitivamente star di fama mondiale.
Nel 1993 è impegnato in una drammatica interpretazione in un film di Jim Sheridan, "In nome del padre", che gli fa ottenere una candidatura all'Oscar.
Nel 2003 viene nuovamente candidato all'Oscar come miglior attore protagonista grazie all'interpretazione dello spietato 'Bill il macellaio' in "Gangs of New York" (2001) di Martin Scorsese.
Ha lavorato nel film "The Ballad Of Jack And Rose" (2005) di Rebecca Miller ed è protagonista del film drammatico "There Will Be Blood" (2007) di Paul Thomas Anderson, con cui ha vinto un Golden Globe 2008 come miglior attore protagonista.