Nato a Guadalajara da José Ángel García, attore e regista, e Patricia Bernal, attrice e modella, García Bernal ha esordito ancora bambino come attore di telenovelas per poi venire ingaggiato in alcuni celebrati film messicani tra cui "Amores perros" (2000) di Alejandro González Iñárritu, "Y tu mamá también" (2001) di Alfonso Cuarón e "Il crimine di Padre Amaro" (2002), prima di conquistare il successo internazionale con "I diari della motocicletta". All'età di diciannove anni abbandona il mondo degli studi televisivi messicani e inizia a studiare recitazione alla Central School of Speech and Drama di Londra.
Nel 1994 partecipa attivamente alle manifestazioni in favore dell'insurrezione del Chiapas. Dopo aver lavorato per importanti registi quali Pedro Almodóvar, Alfonso Cuarón e Alejandro González Iñárritu, García Bernal è successivamente approdato al cinema anglofono con "The King" di James Marsh, "L'arte del sogno" dell'acclamato Michel Gondry e "Babel", film in lingua inglese diretto dal connazionale González Iñárritu.
Ha partecipato come protagonista al cortometraggio "The Last Post" interpretando la vicenda di un soldato argentino che entra in contatto con un soldato nemico inglese (guerra delle falklands 1982). Nel 2007 ha diretto il suo primo film da regista, "Déficit" ed ha preso parte all'ultimo album musicale di Devendra Banhart, Smokey Rolls Down Thunder Canyon, dando un suo contributo vocale alla prima traccia Cristobal. Nel 2010 fa un cameo nella pubblicità della Nike ideata per i mondiali di calcio in Sudafrica, dove interpreta il ruolo di Cristiano Ronaldo in un ipotetico film.