Syn irlandzkiego poety Cecila Day-Lewisa i pochodzącej z żydowskiej rodziny aktorki Jill Balcon. Daniel dorastał wraz ze starszą siostrą Lydią Tamasin w Croom's Hill w londyńskim Greenwich. Po ukończeniu szkoły średniej Bedales School w Hampshire i Sevenoaks School w hrabstwie Kent, studiował aktorstwo w Bristol Old Vic Theatre School w Bristol.
W wieku 14 lat zadebiutował na kinowym ekranie rolą (nieuwzględnioną w końcowych napisach) w dramacie Johna Schlesingera "Ta przeklęta niedziela" (1971) u boku Glendy Jackson. Występował na scenie Bristol Old Vic i Royal Shakespeare Companies m.in. w sztukach Szekspira i Marlowa. Po gościnnym występie w serialu "Shoestring" (1979) i kilku mniejszych produkcjach, znalazł się w obsadzie m.in. obsypanego Oscarami, biograficznego dramatu Richarda Attenborough "Gandhi" (1982) z Benem Kingsley'em i Candice Bergen oraz przygodowego dramatu historycznego "Bunt na Bounty" (1984) u boku Mela Gibsona i Anthony'ego Hopkinsa. W 1985 roku zyskał międzynarodowy rozgłos, dzięki udziałowi w dwóch produkcjach brytyjskich: w "Mojej pięknej pralni" Stephena Frearsa oraz w "Pokoju z widokiem" Jamesa Ivory'ego z Heleną Bonham-Carter. Interesującą kreację stworzył w adaptacji powieści Milana Kundery, "Nieznośna lekkość bytu" (1988), gdzie partnerował Juliette Binoche. Była to pierwsza całkowicie amerykańska produkcja z jego udziałem. Rola Christy'ego Browna, uznanego artysty malarza, zmagającego się z porażeniem mózgowym, w biograficznym dramacie Jima Sheridana "Moja lewa stopa" (1989) została uhonorowana nagrodą Oscara i Brytyjskiej Akademii Filmowej (BAFTA) oraz nominacją do Złotego Globu. Daniel Day-Lewis został tym samym pierwszym brytyjskim aktorem, który otrzymał tę nagrodę.
Brytyjczycy po raz kolejny dostrzegli jego talent w kostiumowym filmie Michaela Manna "Ostatni Mohikanin" (1992), gdzie wcielił się w postać Sokolego Oka. Ta adaptacja powieści Jamesa Fenimore Coopera otrzymała pozytywne recenzje a Daniel Day-Lewis nominację do BAFTY. Przygotowując się do roli Hawk-eye Daniel zapisał się na kurs strzelania z muszkietu, ukończył również szkołę przetrwania w puszczy, gdzie uczył się tropić i oprawiać zwierzynę. Aktorowi udało się uniknąć przypisania do jednego typu ról, grywał różnorodne postaci, występując zarówno w filmach kostiumowych ("Wiek niewinności" Martina Scorsese z Michelle Pfeiffer i Winoną Ryder,1993), jak i w dramatach obyczajowych ("W imię ojca" Jima Sheridana z Emmą Thompson, 1993). Ten drugi, w którym wykreował postać Gerry'ego Conlona, drobnego złodziejaszka z Belfastu niewinnie skazanego za udział w zamachu terrorystycznym, przyniósł mu kolejne nominacje do najważniejszych w świecie filmowym nagród, w tym do Oscara i Złotego Globu. Aktor bardzo poważnie przygotowywał się do tej roli, stracił ponad 13 kilogramów i spędzał noce w celi więziennej na planie, gdzie na jego życzenie członkowie ekipy filmowej oblewali go wodą i dosłownie się nad nim znęcali. W 1996 r. zagrał Johna Proctora w ekranizacji słynnej sztuki swojego teścia, Arthura Millera pt. "Czarownice z Salem", ponownie u boku Winony Ryder. Rok później wystąpił jako Danny Flynn w "Bokserze" Jima Sheridana i otrzymał kolejną, trzecią już nominację do Złotego Globu. Po raz kolejny udowodnił, że jest perfekcjonistą przechodząc dla potrzeb filmu kilkumiesięczny trening bokserski. Rola bezlitosnego przywódcy grupy Amerykanów - Billa „Rzeźnika” Cuttinga w "Gangach Nowego Jorku" (2002) Martina Scorsese, została doceniona przez najważniejsze filmowe jury na świecie, o czym świadczy m.in. nominacja do Oscara. Grywał coraz rzadziej, czyniąc kilkuletnie przerwy. W 2005 r. pojawił się w filmie swojej żony Rebecci Miller "Ballada o Jacku i Rose".
Drugiego Oscara, Złoty Glob oraz trzecią już nagrodę Brytyjskiej Akademii Filmowej przyniosła mu rola wydobywcy ropy naftowej w Teksasie, Daniela Plainview w dramacie Paula Thomasa Andersona "Aż poleje się krew" (2007). Talent aktorski i sceniczny Daniela Day-Lewisa wielokrotnie dostrzegały też inne organizacje: akademie, gildie i stowarzyszenia krytyków filmowych, przyznając mu swoje nagrody.
Za perfekcyjne przygotowywanie się do roli jak również utożsamianie z odtwarzanymi przez siebie postaciami nazywany jest „kameleonem”. Inni nazywają go „angielskim Robertem De Niro”. O aktorstwie i swoich metodach pracy powiedział: „Gra polega na tym, aby nauczyć się tak pobudzać wyobraźnię, żeby zacząć wierzyć, iż to prawda”.
Role które Daniel Day-Lewis odrzucił: Sid Vicious ("Sid and Nancy", 1986), Andrew Beckett ("Philadelphia", 1993), Ichabod Crane ("Jeździec bez głowy," 1999), Aragorn ("Władca pierścieni", 2001), Jezus Chrystus ("Pasja", 2004), Ra's Al Ghul ("Batman - Początek", 2005). Bezskutecznie starał się natomiast o rolę Vincenta Vegi w "Pulp Fiction" (1994).
Daniel Michael Blake Day-Lewis ma 187 cm wzrostu. Jest zodiakalnym bykiem. W latach 1989-94 był związany z Isabelle Adjani. Z tego związku urodził się syn Gabriel Kane (ur. 1995). W 1996 r. Daniel poślubił Rebeccę Miller. Mają dwóch synów - Ronana Cala (ur. 1998 r.) i Cashela Blake'a (ur. 2002 r.). Obok aktorstwa i stolarki jego pasją są wszelkiego rodzaju sporty (w młodości był zapalonym futbolistą), a także szybka jazda na motocyklu. W 1997 r. magazyn "Empire" umieścił jego nazwisko na liście 100 największych aktorów w historii kina, a w 2003 r. magazyn "People" wybrał go do grona „50 najpiękniejszych ludzi na świecie”.
