Родился 29 апреля 1957 года в Лондоне в обеспеченной семье английской актрисы Джилл Бэлкон и ирландского поэта Сэсила Дэй-Льюиса. Несмотря на аристократическое воспитание, в 13 лет подростка исключили из школы за плохую дисциплину. Довольно быстро Дэниэл понял, что хочет пойти по стопам матери и стать актером. Творческие связи семьи и потенциал 18-летнего Дэниэла помогли ему получить место в Национальном Юношеском Театре. Через пять лет он поступил в Бристольский Театральный Институт, где проучился три года.
В 24 года Дэниэл дебютировал на телевидении в эпизодических ролях. В 25 лет он впервые появился в большом кино – в оскароносном фильме «Ганди» (1982) с Беном Кингсли в главной роли. Через два года Дэй-Льюис снялся в легендарном фильме «Баунти» (1984). В этой драме о моряках он вновь появился в эпизоде. Свою первую главную роль в кино он получил следом – в малоприметной драме «Мой брат Джонатан». Затем были ведущие роли в лентах «Моя прекрасная прачечная», «Комната с видом», «Нану».
Известность актер приобрел в 31 год, когда в 1988 году сыграл главную роль в любовной драме Филиппа Кауфмана «Невыносимая легкость бытия», снятой по одноименному бестселлеру Милана Кундеры. Дуэт Дэниэла и Жюльет Бинош полюбился миллионам поклонников. Через год, в 1989-м, Дэниэл сыграл одну из своих лучших ролей в фильме Джима Шеридана «Моя левая нога». Актер сыграл мужественного инвалида, ирландца Кристи Брауна, который стал жертвой церебрального паралича, но любовь матери и сила воли помогли ему научиться рисовать и писать пальцами левой ноги. Блистательная роль принесла актеру статуэтку «Оскар» и премию BAFTA. Дэниэл Дэй-Льюис вкупе с массовой популярностью приобрел и профессиональное признание. Спустя четыре года он снова номинировался на «Оскар» – и вновь за исполнение роли реального персонажа в фильме того же Джима Шеридана «Во имя отца». Актер сыграл ирландца Джерри Конлона, который был приговорен английским правосудием к пожизненному заключению за покушение, которого не совершал.
В 1997-м году Дэниэл вновь снялся у Джима Шеридана в спортивной драме «Боксер». Фильм был успешен, окупился в прокате, но после премьеры актер на четыре года оставил кинематограф. В 2002 году Дэниэл вернулся на экраны. Его накрыла новая волна популярности, когда после длительного забвения он появился на одной съемочной площадке с Леонардо ДиКаприо в ведущей роли преступника – вожака «коренных американцев» Мясника Билла в фильме Мартина Скорсезе «Банды Нью-Йорка». И вновь Дэй-Льюис номинировался на «Оскар». Следом он сыграл в мелодраме своей супруги – режиссера Ребекки Миллер, «Баллада о Джеке и Роуз» (2005), где исполнил роль отца, который уединяется вместе с дочерью в живописной глуши.
Следом Дэниэл снялся в драме Пола Томаса Андерсона «Нефть» (2007). За главную роль бездушного амбициозного магната 50-летний актер удостоился второго «Оскара». А затем сыграл ведущего персонажа в драме Роба Маршалла «Девять» (2009). В 2012-м году он снялся у Стивена Спилберга в роли самого известного президента США Авраама Линкольна в эпической ленте «Линкольн».
