Más tarde estudió doblaje y cine en Guadalajara, en una universidad en la que, el año en que aprobó los últimos cursos, pasó de alumno a profesor de Lenguaje cinematográfico. Su primer trabajo importante fue como guionista y director de una serie de televisión. En 1993 dirigió Cronos, con la que ganó nueve Premios Ariel, que son como los óscar mexicanos. Tras tantos éxitos, presentó su obra en Cannes y, en competición con numerosas películas de calidad, recibió el Premio de la Crítica. Este éxito internacional le abrió las puertas de Hollywood y pudo dirigir Mimic, su primer trabajo en inglés, al que siguieron Blade II, Hellboy, Pacific Rim...
Luego, volvió a proyectos de habla hispana. En 2006 dirigió El laberinto del fauno, que tuvo un gran éxito en los premios Goya de la Academia de Cine española y fue elegida para representar a México en la categoría de mejor película extranjera de los Óscar. Fue la película de habla no inglesa con más nominaciones y recibió tres premios por su trabajo artístico. Ese mismo año ganó tres premios BAF-TA de la Academia de cine inglesa. Además, ha sido una de las películas en español de la historia que más dinero ha ganado.
Del Toro forma, junto a sus amigos Alfonso Cuarón y Alejandro González Iñárritu, un grupo de directores mexicanos de fama internacional. Tiene una productora cinematográfica y fue cofundador del festival de Internacional de Cine de Guadalajara. Produce películas en español y en inglés de jóvenes directores porque, según dice, es bonito ayudar en sus primeros momentos a quienes ves que son buenos para el cine. Por ejemplo, produjo la película del director Juan Antonio Bayona, El orfanato, porque sabía que, tarde o temprano, iba a ser uno de los grandes genios del cine español.
Durante algún tiempo dejó de trabajar en el cine para probar cosas nuevas. En 2009 publicó su primera novela de ficción y terror, Nocturna, que trata de un virus que transforma a las personas en vampiros. Esta obra fue el primer libro de la Trilogía de la oscuridad, escrita junto con el norteamericano Chuck Hogan. Otro de sus trabajos de aquel año fue crear un videojuego de terror que espera publicar si consigue el dinero que necesita.