Brühl wuchs inKöln auf, wo er dasDreikönigsgymnasium besuchte. Mit acht Jahren gewann er einen Vorlesewettbewerb und kam daraufhin zumHörfunk desWDR. AufHörspiel- undSynchronsprecherrollen folgten erste Fernseharbeiten. 1994 machte er in dem FernsehfilmSvens Geheimnis auf sich aufmerksam. Außerdem spielte er für kurze Zeit in derDaily SoapVerbotene Liebe derARD die Rolle des Straßenkindes Benji. In einer Musikgruppe seiner Schule war er Sänger. Im FilmSchlaraffenland (1999) war er zum ersten Mal auf der Kinoleinwand zu sehen. Brühl verweigerte denWehrdienst und wurdeZivildienstleistender,[7] nachdem sein Versuch, ausgemustert zu werden, gescheitert war.
International bekannt wurde Brühl durch die Hauptrolle des Alexander Kerner im KinofilmGood Bye, Lenin! (2003), für die er vielfach ausgezeichnet wurde. Den Film sahen sechs Millionen Zuschauer weltweit im Kino. Der FilmSalvador – Kampf um die Freiheit (Spanien, 2006), für den Brühl die Titelrolle erhielt, war einer der größten Publikumserfolge des spanischen Filmjahres 2007. 2008 fanden unter anderem in Leipzig die Dreharbeiten für den FilmLila, Lila (nach dem gleichnamigen Roman vonMartin Suter) statt. Im selben Jahr spielte er inKrabat den Altgesellen Tonda, einen guten Freund von Krabat. InQuentin TarantinosOscar-nominiertem FilmInglourious Basterds spielte er den deutschen Kriegshelden Fredrick Zoller. Seine Hauptrolle in dem spanischen Science-Fiction-DramaEva brachte ihm 2012 in Spanien mehrere Nominierungen für Filmpreise ein. 2013 übernahm er in demFormel-1-Motorsport-DramaRush – Alles für den Sieg die Rolle des jungenNiki Lauda, für die er eine Nominierung in der KategorieBester Nebendarsteller bei denGolden Globe Awards 2014 erhielt. 2016 war er inThe First Avenger: Civil War in der Rolle desHelmut Zemo, dem Widersacher des Titelhelden, zu sehen.[8] Auch in derDisney+-SerieThe Falcon and the Winter Soldier verkörpert er Zemo. Von 2018 bis 2020 war er in derNetflix-SerieThe Alienist in der Hauptrolle zu sehen.
Über seine Leistung in der Mini-SerieBecoming Karl Lagerfeld (2024) schrieb der Filmjournalist Dieter Oßwald: „Mit charismatischem Charme beweist der 45-jährige Schauspieler einmal mehr, dass er zu den besten Darstellern seiner Generation gehört. Brühl gibt dem tragischen Schneiderlein eine Grandezza, die Lagerfeld sicher gefallen hätte.“[10]
Brühl hat einen Bruder und eine Schwester. Er und die SchauspielerinJessica Schwarz lernten sich 2001 bei den Dreharbeiten vonNichts bereuen kennen, verlobten sich und waren bis 2006 miteinander liiert.
Brühl ist mit der Psychologin Felicitas Rombold verheiratet, mit der er seit 2016 einen Sohn hat,[11][12] und lebt nach langer Zeit in Berlin nun in Spanien.[13] Im August 2020 wurden beide erneut Eltern eines Jungen.[14] 2025 wurde die Geburt des dritten Kindes bekannt.[15]
Seit 2014 unterstützt Daniel Brühl als Botschafter dieHear the World Foundation, die sich für Chancengleichheit und erhöhte Lebensqualität von Menschen mitHörverlust einsetzt. In seiner Rolle als Botschafter war er 2015 im Hear the World-Kalender porträtiert; der Kalender wird jährlich zu Gunsten der Stiftung verkauft.[16]
Brühl ist seit 2011 gemeinschaftlicher Betreiber derTapas-Bar „Raval“ inBerlin-Kreuzberg; seine zweite Tapas-Bar in Berlin-Prenzlauer Berg wurde im November 2017 neun Monate nach der Eröffnung geschlossen.[17][18]