S'il est aujourd'hui devenu un acteur reconnu, Luis Guzman n'a pas toujours fait du cinéma. Ce New-yorkais d'origine portoricaine commence par être travailleur social à Manhattan avant de jouer dans du théâtre de rue puis des films indépendants. Il effectue une première très courte apparition au cinéma à l'âge de vingt ans dans le drame Short Eyes (1977). Toutefois, sa carrière ne débute réellement qu'à partir de 1983. Cette année-là, il joue un des personnages principaux de Variety, une exploration féminine de l'industrie du porno. A partir de là, il fait plusieurs apparitions dans des séries télé dont Miami Vice. Toute sa carrière, il revient au petit écran. On pourra ainsi le voir dans New York Police Blues ou Oz, dans laquelle il campe un redoutable chef de gang incarcéré.

Au cinéma, il multiplie les seconds rôles plus ou moins importants sans atteindre de vraie reconnaissance dans un premier temps. On l'aperçoit aussi bien dans Crocodile Dundee II (1988) que Black rain (1989) de Ridley Scott même s'il joue dans bien plus de drames que de comédies. Sa rencontre avec quelques grands réalisateurs va bouleverser sa carrière. C'est d'abord Sidney Lumet qui lui offre un petit rôle dans Family business (1989). Le cinéaste l'emploie à nouveau deux fois dans la décennie qui suit, à chaque fois dans des rôles de policier (Contre Enquète (1990) et L'Avocat du diable (1993)).

Ce sont ensuite Brian De Palma, Paul Thomas Anderson et Steven Soderbergh qui lui offrent plusieurs rôles très remarqués. Pour le premier, il joue l'ami intéressé d'Al Pacino dans L'Impasse (1993). Pour le deuxième, il campe un patron de club souhaitant devenir acteur porno dans Boogie Nights (1997). Pour le troisième, il est un repris de justice dans Hors d'atteinte (1998) et un policier qui fait équipe avec Don Cheadle dans Traffic (2000). Il s'essaie également à des genres assez divers, de l'horreur avec Innocent blood (1992) de John Landis à la comédie romantique avec Mr. Wonderful (1993) d'Anthony Minghella.

En 2002, il collabore une troisième fois avec Paul Thomas Anderson pour Punch-drunk love (après Magnolia en 1999) et joue un gangster voisin de palier de Val Kilmer dans l'original thriller Salton sea. Même s'il est un visage familier du cinéma américain, Luis Guzman reste confiné à des seconds rôles. Si, pendant les années 2000 et 2010, il s'illustre dans un grand nombre de comédies (Bienvenue à Collinwood, Self Control, Service non compris, L'Ecole des dragueurs), ce charismatique second couteau n'en oublie pas pour autant le thriller et les films musclés, comme en témoignent L'Impasse : De la rue au pouvoir, Rogue l'ultime affrontement, L'Attaque du métro 123, Fighting et Le Dernier rempart, marquant le retour d'Arnold Schwarzenegger dans un rôle principal.

Guzman tourne ensuite sous la direction du français Rachid Bouchareb dans La Voie de l'ennemi, dans lequel il donne la réplique à Forest Whitaker et Harvey Keitel. En 2016, il s'illustre dans la comédie barrée Des Porto Ricains à Paris ; il y campe Luis, un flic spécialisé dans la contrefaçon. Le comédien retrouve ensuite Rachid Bouchareb dans le buddy movie Le Flic de Belleville. Il forme un duo explosif avec Omar Sy, enquêtant à Miami autour d'un trafic de drogue international.