Színészi karrierje 1989-ben kezdődött, mikor beválasztották Garry Buckman szerepére a Vásott szülők című sikerfilm sorozatváltozatába. Itt találkozott legjobb barátjával, Tobey Maguire-rel. Még ugyanebben az évben, DiCaprio feltűnt a Santa Barbara című szappanoperában Mason Capwellként (flashbackekben, tinédzserként). 1991 és 1992 között a Growing Pains-ben játszotta Luke Browert, egy hajléktalan fiút.

Azonban DiCaprio filmszerepeiről ismert. Debütálása a Rémecskék 3-hoz (1991) kötődik, ahol Josh-t formálta meg. A film korlátozott mozibemutatót kapott, s hamarosan kiadták videón. Két évvel később érkezett el az áttörés Toby szerepével az Ez a fiúk sorsa (1993) című filmben, ahol Robert De Niro és Ellen Barkinoldalán volt látható. A New York-i Filmkritikusok Szövetsége és a Filmkritikusok Országos Társasága figyelmét is magára vonta mint legjobb férfi mellékszerepő, ha díjat nem is nyert. Még ebben az évben olyan meggyőzően alakított egy mentálisan sérült fiút a Gilbert Grape-ben, hogy 19 évesen Oscar-díjra jelölték érte. 1995-ben szerepelt a Gyorsabb a halálnál című westernben és a Teljes napfogyatkozásban, két 19. századi költő, Paul Verlaine és Arthur Rimbaud közöttihomoszexuális kapcsolat fikcionalizált elbeszélésében. DiCaprio alakította Rimbaud-t, Verlaine-t pedig David Thewlis játszotta. A fekete-fehér, Don kocsmája című kisköltségvetésű film, melyben néhány barátjával tűnt fel (köztük Maguire-rel), 1995 és 1996 között forgott. Az észak-amerikai terjesztést azonban később DiCaprio és Maguire megakadályozta, mivel ők sosem szánták mozibemutatóra. A film 2001. február 9-én került először a nézők elé, a Berlini Nemzetközi Filmfesztiválon.Magyarországon 2004 áprilisában jelent meg DVD-n. Még mindig 1995-ben, DiCaprio eljátszotta Jim Carrollt az Egy kosaras naplójában, majd 1996-ban a férfi főszerep lett az övé a Romeo + Júliában, Shakespeare drámájának modern feldolgozásában, amely Baz Luhrmann ausztrál rendező nevéhez fűződik.