Nieto de Sir Michael Bacon (un destacado productor inglés) e hijo del poeta Cecil Day-Lewis y de la actriz Jill Balcon. Se decantó desde edad muy temprana por el teatro y trabaja por primera vez en los escenarios de Bristol Old Vic y del Bristol Arts Centre.Su debut cinematográfico se produjo en 1971 con la película "Sunday, Bloody Sunday" de John Schlesinger y tras algunos papeles poco destacables consigue en 1982 una pequeña aparición en la superproducción "Gandhi". Empezó a destacar de manera notable en "Mi hermosa lavandería" (1985) de Stephen Frears, donde hizo la magistral interpretación de un homosexual. Con este trabajo consiguió gran fama y tuvo la oportunidad de abrirse nuevos caminos en la industria cinematográfica.
A lo largo de su carrera consigue de modo inteligente compaginar cine y teatro. Sus siguientes largometrajes serían "Una habitación con vistas" (1985) de James Ivory y la adaptación de la novela de Milan Kundera, "La insoportable levedad del ser" (1988).
En 1989 consigue el Oscar a mejor actor por su composición de Christy Brown (un lisiado) en "Mi pie izquierdo" de Jim Sheridam. Aunque en la mayoría de las ocasiones sus personajes siguen una línea directoria bastante similar, alguna vez ha roto este esquema como en "El último mohicano" (1992, Michael Mann) y donde da vida a un hombre de raza blanca adoptado por los mohicanos y ciñéndose a un rol más aventurero que en otras ocasiones.
En 1993 volvió a ser nominado a la estatuilla otorgada por la Academia de las Artes y las Ciencias Cinematográficas por "En el nombre del padre", donde interpretaba a un joven irlandés acusado de haber participado en un atentado terrorista del IRA (en esta producción compartió protagonismo con la actriz británica Emma Thompson).
Tiene fama de ser algo excéntrico y muy tímido e introvertido; al parecer elige sus trabajos con sumo cuidado lo que colabora a que se haya consolidado como uno de los actores más versátiles del panorama del cine actual.
