Roth ha debuttato come attore all’età di 21 anni, interpretando uno skinhead suprematista bianco di nome Trevor nel film televisivo Made in Britain. Ha interpretato un personaggio dell’East End in King of the Ghetto, un controverso dramma basato su un romanzo di Farukh Dhondy ambientato a Brick Lane e trasmesso dalla BBC nel 1986. Ha interpretato un giovane timido nel film di Mike Leigh del 1984 Meantime.
Nel 1985, è apparso nel film televisivo Murder with Mirrors. Ha interpretato un apprendista sicario in The Hit di Stephen Frears, guadagnandosi un Evening Standard Award per il Most Promising Newcomer. Nel 1989 ha un ruolo di supporto come il buffone lacchè Mitchell in The Cook, the Thief, His Wife & Her Lover di Peter Greenaway. Nel 1990, ha interpretato Vincent van Gogh in Vincent di Robert Altman & Theo e Guildenstern in Rosencrantz & Guildenstern Are Dead di Tom Stoppard.
Roth e altri giovani attori britannici della fine degli anni ’80, come Gary Oldman, Colin Firth, Daniel Day-Lewis, Bruce Payne e Paul McGann, furono soprannominati il Brit Pack. Roth fu scritturato come “Mr. Orange” nel film di Quentin Tarantino del 1992 Reservoir Dogs. Nel 1994, Tarantino lo lanciò come rapinatore in Pulp Fiction. Hanno anche collaborato nel film Four Rooms del 1995, dove ha interpretato Ted. Il suo ruolo di Archibald Cunningham in Rob Roy gli è valso il BAFTA Award per il miglior attore in un ruolo secondario, nonché una nomination all’Academy Award come miglior attore non protagonista, e una nomination ai Golden Globe.
Nel 1996, ha recitato nella commedia musicale di Woody Allen Tutti dicono I love you. Ha anche recitato nel ruolo di “Danny Boodman T.D. Lemon 1900” in The Legend of 1900, e nello stesso anno è stato co-protagonista del film Gridlock’d. Ha fatto il suo debutto alla regia nel 1999 con The War Zone, una versione cinematografica del romanzo di Alexander Stuart. Nel 2001, ha interpretato il generale Thade nel Pianeta delle scimmie di Tim Burton. Roth è stato la scelta originale per il ruolo di Severus Piton nella serie di film di Harry Potter, ma ha rifiutato per Il pianeta delle scimmie.
È stato considerato per la parte di Hannibal Lecter nel film Hannibal del 2001 prima che Anthony Hopkins tornasse per reclamare il ruolo. È apparso in Youth Without Youth di Francis Ford Coppola e in Funny Games di Michael Haneke, poi ha interpretato Emil Blonsky / Abomination, un ufficiale di origine russa nei Royal Marines Commandos del Regno Unito, in The Incredible Hulk. Il regista di Hulk Louis Leterrier era un fan del lavoro di Roth, con il regista che ha detto alla rivista Empire, “è fantastico vedere un normale ragazzo di Cockney diventare un supereroe!”.
Dal 2009 al 2011, ha recitato in Lie To Me come Cal Lightman, un esperto del linguaggio del corpo che assiste le organizzazioni legali locali e federali nelle indagini sui crimini. Fan dei Monty Python fin da giovane, nel 2009 è apparso nel documentario televisivo Monty Python: Almost the Truth (Lawyers Cut). Nel 2010, Roth è apparso sulla copertina dell’album in studio del 2010 dei Manic Street Preachers, Postcards from a Young Man.
Nel 2012, è stato annunciato come presidente della giuria per la sezione Un Certain Regard al Festival di Cannes 2012. Ha interpretato il presidente della FIFA Sepp Blatter in United Passions, un film sull’organo di governo del calcio, uscito nel 2014, in coincidenza con il 110° anniversario della FIFA e la Coppa del Mondo FIFA 2014. Nel 2015, ha recitato nel film Chronic che ha ricevuto un’uscita limitata nel 2016. In seguito ha ricevuto una nomination agli Independent Spirit Award come miglior protagonista maschile. Roth si è riunito con Tarantino in The Hateful Eight (2015), interpretando Oswaldo Mobray/Inglese Pete Hicox. Nel 2019, Roth doveva apparire in Once Upon a Time in Hollywood di Tarantino, ma le sue scene sono state tagliate. È impostato per riprendere il suo ruolo di Emil Blonsky / Abominio nella prossima serie Disney+ She-Hulk, ambientata nel Marvel Cinematic Universe.