Roth 21 évesen debütált színészként, egy Trevor nevű fehér fajgyűlölő skinheadet alakított a Made in Britain című tévéfilmben. Egy East End-i karaktert alakított a King of the Ghetto című vitatott drámában, amely Farukh Dhondy regénye alapján készült, a Brick Lane-en játszódott, és amelyet a BBC 1986-ban sugárzott. Egy félénk fiatalembert alakított az 1984-es Mike Leigh-filmben, a Meantime-ban.
1985-ben szerepelt a Gyilkosság tükörrel című tévéfilmben. Egy bérgyilkos-tanoncot játszott Stephen Frears The Hit című filmjében, amiért elnyerte a legígéretesebb újoncnak járó Evening Standard-díjat. 1989-ben mellékszerepet kapott, mint a bohókás lakáj Mitchell Peter Greenaway The Cook, the Thief, His Wife & Her Lover című filmjében. 1990-ben Vincent van Gogh szerepét játszotta Robert Altman Vincent & Theo és Guildenstern szerepében Tom Stoppard Rosencrantz & Guildenstern halott című filmjében.
Rothot és más fiatal brit színészeket az 1980-as évek végén, mint Gary Oldman, Colin Firth, Daniel Day-Lewis, Bruce Payne és Paul McGann, a Brit Packnak nevezték. Roth kapta meg “Mr. Orange” szerepét Quentin Tarantino 1992-es Reservoir Dogs című filmjében. Tarantino 1994-ben a Ponyvaregényben egy rabló szerepét osztotta rá. Együtt dolgoztak az 1995-ös Négy szoba című filmben is, ahol Tedet alakította. Archibald Cunningham szerepéért a Rob Royban elnyerte a legjobb férfi mellékszereplőnek járó BAFTA-díjat, valamint a legjobb férfi mellékszereplőnek járó Oscar-jelölést és egy Golden Globe-jelölést.
1996-ban Woody Allen Mindenki azt mondja, szeretlek című zenés vígjátékában játszott. Emellett “Danny Boodman T.D. Lemon 1900” szerepét játszotta Az 1900-as legenda című filmben, és ugyanebben az évben társszereplője volt a Gridlock’d című filmnek. Rendezőként 1999-ben debütált a The War Zone című filmmel, amely Alexander Stuart regényének filmváltozata. 2001-ben Tim Burton A majmok bolygója című filmjében Thade tábornokot alakította. Roth volt az eredeti választás Severus Snape szerepére a Harry Potter-filmsorozatban, de a Majmok bolygója miatt visszautasította a szerepet.
A 2001-es Hannibal Lecter film Hannibal szerepére is felmerült, mielőtt Anthony Hopkins visszatért, hogy visszaszerezze a szerepet. Feltűnt Francis Ford Coppola Fiatalok nélkül című filmjében és Michael Haneke Funny Games című filmjében, majd A hihetetlen Hulkban Emil Blonsky / Abomination, az Egyesült Királyság Királyi Tengerészgyalogság kommandójának orosz származású tisztje szerepében. A Hulk rendezője, Louis Leterrier rajongott Roth munkásságáért, a rendező az Empire magazinnak azt mondta: “nagyszerű nézni, ahogy egy átlagos Cockney fiúból szuperhős lesz!”
2009-től 2011-ig a Lie To Me című filmben játszotta Cal Lightmant, a testbeszéd szakértőjét, aki a helyi és szövetségi bűnügyi szervezeteknek segít a bűncselekmények felderítésében. Fiatal kora óta rajong a Monty Pythonért, 2009-ben szerepelt a Monty Python című televíziós dokumentumfilmben: Majdnem az igazság (Lawyers Cut) című filmben. 2010-ben Roth szerepelt a Manic Street Preachers 2010-es, Postcards from a Young Man című stúdióalbumának borítóján.
2012-ben bejelentették, hogy ő lesz a 2012-es cannes-i filmfesztivál Un Certain Regard szekciójának zsűrielnöke. Ő alakította Sepp Blatter FIFA-elnököt a United Passions című, a labdarúgó-szövetségről szóló filmben, amelyet 2014-ben, a FIFA 110. évfordulójára és a 2014-es FIFA-világbajnokságra időzítve mutattak be. 2015-ben szerepelt a Krónika című filmben, amely 2016-ban korlátozott példányszámban került bemutatásra. Később megkapta a legjobb férfi főszereplőnek járó Independent Spirit Award jelölést. Roth újra összeállt Tarantinóval a The Hateful Eight (2015) című filmben, ahol Oswaldo Mobray/angol Pete Hicoxot alakította. 2019-ben Roth szerepelt volna Tarantino Egyszer volt, hol nem volt Hollywoodban című filmjében, de jeleneteit kivágták. A Marvel Moziverzumban játszódó She-Hulk című, hamarosan megjelenő Disney+ sorozatban Emil Blonsky / Abomination szerepét fogja újra eljátszani.