W 1991 wraz z bratem Carlosem zrealizował swój pełnometrażowy debiut, komedię erotyczną Tylko ze stałym partnerem (Sólo con tu pareja, 1991) o biznesmenie kobieciarze (w tej roli Daniel Giménez Cacho), który po seksie z atrakcyjną pielęgniarką zostaje oszukany i boi się, że zaraził się AIDS. Film został bardzo dobrze przyjęty w Meksyku i został dostrzeżony przez Sydneya Pollacka, który zaangażował Cuaróna do wyreżyserowania odcinka serialu Upadłe anioły. Rozgłos przyniosły mu ekranizacje powieści Frances Hodgson Burnett Mała księżniczka (1995) i Charlesa Dickensa Wielkie nadzieje (1998).
W 2001 odniósł międzynarodowy sukces filmem I twoją matkę też, za który wspólnie ze swoim bratem Carlosem był nominowany do Oscara za najlepszy scenariusz oryginalny. W 2004 został reżyserem trzeciej części przygód Harry’ego Pottera, Harry Potter i więzień Azkabanu.
Podczas 86. ceremonii wręczenia Oscarów jego film Grawitacja (2013) otrzymał siedem Oscarów, w tym dla samego Cuaróna za najlepszą reżyserię oraz za najlepszy montaż.