Il commence sa carrière avec des apparitions, d'abord sous le nom de Pedro Balmaceda, dans des séries télévisées telles que Buffy contre les vampires, New York Police Blues, FBI : Portés disparus et New York, section criminelle. Il obtient ensuite des rôles plus importants dans les séries The Good Wife et Graceland3 et est choisi pour interpréter le rôle récurrent d'Oberyn Martell dans la 4e saison de Game of Thrones4.
Début 2014, le réseau CBS annonce qu'il rejoint le casting de Mentalist pour au moins 5 épisodes5. Il interprétera le petit ami de Teresa Lisbon (incarnée par Robin Tunney).
Il joue également dans beaucoup de pièces de théâtre à Broadway et Off-Broadway1.
En 2015, il incarne le rôle de Javier Peña dans Narcos, un agent de la DEA luttant contre le plus connu des narcotrafiquants de l’Histoire, Pablo Escobar.
En 2017, il tient le rôle de l'agent Whiskey dans le film Kingsman : Le Cercle d'or de Matthew Vaughn puis celui de Francisco « Catfish » Morales dans Triple frontière en 2019.
Fin 2019, pour la plateforme Disney +, il interprète le personnage de Din Djarin, chasseur de primes Mandalorien et héros de la série The Mandalorian de Jon Favreau, rejoignant ainsi l'univers de Star Wars.
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