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Su relación con el cine le viene desde la cuna. Su abuelo materno, Sir Michael Balcon, era un importante productor, su padre, Cecil Day-Lewis, era poeta de la actual soberana inglesa y su madre, Jill Balcon, es una dama del teatro de origen judio. Estudió en Greenwich (Londres) y en Sevenoaks School (Kent) y, posteriormente, en el Bristol Old Vic Theatre School.
Su carrera comenzó en 1971 con una breve aparición en la película "Sunday Bloody Sunday" , cuando aún era un adolescente, aunque su nombre no figura en los títulos de crédito del film.
En la década de los ochenta apareció en “Gandhi” (1982), de Richard Attenborough, "Motín a bordo" (1984), de Roger Donaldson, "Mi hermosa lavandería" (1985), de Stephen Frears, "Una habitación con vistas" (1986), de James Ivory, "La insoportable levedad del ser" (1988), de Philip Kaufman o "Un señorito de Nueva York" (1988), de Pat O'Connor, aunque fue con "Mi pie izquierdo" (1989), título dirigido por Jim Sheridan, cuando logró su primera estatuilla de Hollywood y la fama internacional.
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Regresó a la actividad profesional con "Gangs of New York" (2002), de nuevo con Scorsese, optando una vez más al máximo galardón de la industria estadounidense, que finalmente fue a parar a las manos de Adrien Brody por su personaje de "El pianista", de Roman Polanski. Por su papel de magnate petrolífero en "There will be blood (Pozos de ambición)" (2007), de Paul Thomas Anderson, se hizo con el Oscar y con el Globo de Oro. En "Nine" (2009), musical realizado por Rob Marshall, dio vida a Guido Contini, un cineasta en plena crisis creativa, alter ego de Federico Fellini. También se puso en la piel del presidente norteamericano Abraham Lincoln en "Lincoln" (2012), de Steven Spielberg y gracias a este trabajo obtuvo su tercera estatuilla dorada.
El pasado año fue nombrado Caballero del Imperio Británico por la reina Isabel II.
Escena de la película "Mi pie izquierdo"
Escena de la película "La edad de la inocencia"
Entrega del Oscar por "Lincoln"