Roth maakte zijn acteerdebuut op 21-jarige leeftijd, toen hij een blanke, supremacistische skinhead genaamd Trevor speelde in de televisiefilm Made in Britain. Hij speelde een East End personage in King of the Ghetto, een controversieel drama gebaseerd op een roman van Farukh Dhondy dat zich afspeelde in Brick Lane en werd uitgezonden door de BBC in 1986. Hij speelde een verlegen jongeman in de Mike Leigh-film Meantime uit 1984.
In 1985 was hij te zien in de televisiefilm Murder with Mirrors. Hij speelde een leerling huurmoordenaar in Stephen Frears’ The Hit, waarmee hij een Evening Standard Award verdiende voor Meest Veelbelovende Nieuwkomer. In 1989 had hij een bijrol als de hansworstige lakei Mitchell in Peter Greenaway’s The Cook, the Thief, His Wife & Her Lover. In 1990 speelde hij als Vincent van Gogh in Robert Altman’s Vincent & Theo en Guildenstern in Tom Stoppard’s Rosencrantz & Guildenstern Are Dead.
Roth en andere jonge Britse acteurs van de late jaren tachtig, zoals Gary Oldman, Colin Firth, Daniel Day-Lewis, Bruce Payne, en Paul McGann, werden de Brit Pack genoemd. Roth werd gecast als “Mr. Orange” in Quentin Tarantino’s film Reservoir Dogs uit 1992. In 1994 castte Tarantino hem als een overvaller in Pulp Fiction. Ze werkten ook samen in de film Four Rooms uit 1995, waarin hij Ted speelde. Zijn rol als Archibald Cunningham in Rob Roy leverde hem de BAFTA Award voor Beste Acteur in een Bijrol op, evenals een Academy Award-nominatie voor Beste Bijrol, en een Golden Globe-nominatie.
In 1996 speelde hij in Woody Allen’s muzikale komedie Everyone Says I Love You. Hij speelde ook als “Danny Boodman T.D. Lemon 1900” in The Legend of 1900, en in datzelfde jaar speelde hij mee in de film Gridlock’d. Hij maakte zijn regiedebuut in 1999 met The War Zone, een verfilming van de roman van Alexander Stuart. In 2001 vertolkte hij generaal Thade in Tim Burton’s Planet of the Apes. Roth was de oorspronkelijke keuze voor de rol van Severus Snape in de Harry Potter filmserie, maar hij wees die rol af voor Planet of the Apes.
Hij werd overwogen voor de rol van Hannibal Lecter in de film Hannibal uit 2001, voordat Anthony Hopkins terugkeerde om de rol op te eisen. Hij speelde in Francis Ford Coppola’s Youth Without Youth en Michael Haneke’s Funny Games, en speelde daarna als Emil Blonsky / Abomination, een in Rusland geboren officier in de Royal Marines Commandos van het Verenigd Koninkrijk, in The Incredible Hulk. Hulk-regisseur Louis Leterrier was een fan van Roth’s werk. De regisseur zei tegen Empire magazine: “Het is geweldig om te zien hoe een normale Cockney jongen een superheld wordt!”.
Van 2009 tot 2011 speelde hij in Lie To Me als Cal Lightman, een expert in lichaamstaal die lokale en federale wetshandhavers helpt bij het onderzoeken van misdaden. Hij is al sinds zijn jeugd fan van Monty Python en verscheen in 2009 in de televisiedocumentaire Monty Python: Almost the Truth (Lawyers Cut). In 2010 verscheen Roth op de hoes van het studioalbum Postcards from a Young Man van Manic Street Preachers uit 2010.
In 2012 werd hij aangekondigd als de voorzitter van de jury voor de Un Certain Regard-sectie op het filmfestival van Cannes 2012. Hij speelde de hoofdrol als FIFA-president Sepp Blatter in United Passions, een film over het bestuursorgaan van het voetbal, uitgebracht in 2014, om samen te vallen met de 110e verjaardag van de FIFA, en de 2014 FIFA World Cup. In 2015 speelde hij de hoofdrol in de film Chronic, die in 2016 een beperkte release kreeg. Hij kreeg later een Independent Spirit Award voor Beste Mannelijke Hoofdrol-nominatie. Roth herenigde zich met Tarantino in The Hateful Eight (2015), waarin hij Oswaldo Mobray/Engels Pete Hicox speelde. In 2019 zou Roth verschijnen in Tarantino’s Once Upon a Time in Hollywood, maar zijn scènes werden geschrapt. Hij is ingesteld om zijn rol als Emil Blonsky / Abomination te hernemen in de aankomende Disney+-serie She-Hulk, die zich afspeelt in het Marvel Cinematic Universe.