Nato nel 1990 a Città del Messico, ha avuto il suo primo ruolo nella soap opera El derecho de nacer (Il diritto di nascere, 2000). Un anno più tardi ha lavorato nel film messicano Zurdo (Left-handed, 2003), diretto da Carlos Salces. Nel 2004 ha girato Temporada de patos, il primo lungometraggio del regista messicano Fernando Eimbcke. Per la sua performance in questo film Diego Cataño è stato nominato come Miglior Attore al MTV Movie Awards del 2005. Il suo lavoro successivo è stato come protagonista del cortometraggio Ver llover (2006) diretto da Elisa Miller, che ha ottenuto la Palma d'Oro per il miglior cortometraggio al Festival di Cannes del 2007, il Norman McLaren Award, nonché lo Short Film Award 2006 al Morelia International Film Festival. Nel 2006 ha interpretato Año uña (L'anno del chiodo), il primo lungometraggio del regista Jonás Cuarón, una storia d'amore ambientata in Messico, che ha avuto la sua anteprima al XXII Festival Internazionale del Cinema di Guadalajara. Ha inoltre partecipato al primo lungometraggio del regista Rodrigo Plá, La zona (zona I, 2007) e ha avuto il ruolo principale nel suo secondo lungometraggio, Desierto adentro.