Luis Mariano véhicule la même image sur les planches comme sur le grand écran, celle d'un chanteur séducteur, à l'instar de Tino Rossi, drainant derrière lui une pléthore d'admiratrices. Sa carrière au cinéma commence en 1942, avec Le Chant de l'exilé d'André Hugon. Ses films suivants sont des adaptations de ses succès au théâtre : Andalousie (1950) de Robert Vernay, La Belle de Cadix (1953) de Raymond Bernard. Dans Histoire de chanter (1946) de Gilles Grangier, il surprend le public en médecin qui greffe ses cordes vocales à une autre personne, interprétée par Julien Carette. Sacha Guitry lui offre un petit rôle dans Napoléon (1954), proche de son personnage public. En 1956, il s'oriente vers des rôles de comiques, avec Le Chanteur de Mexico de Richard Pottier et surprend encore son public, habitué à le voir dans des performances de séducteur.
Luis Mariano exerce ses talents à travers différents modes d'expression artistique : le disque, la radio, le théâtre et la télévision.
Il est l'auteur d'un livre de souvenirs, La Chanson de ma vie.
Courts métrages 1946 | Gai Paris : Music-hall | Lucette Gaudard |
| 1946 | Luis Mariano chante | Louis Leclerc |
| 1949 | Vedettes en liberté | Jacques Guillon |
| 1953 | Au pays basque | Pierre Apestéguy |
Longs métrages| 1942 | Chant de l'exilé (Le) | André Hugon |
| 1943 | Escalier sans fin (L') | Georges Lacombe |
| 1946 | Histoire de chanter | Gilles Grangier |
| 1947 | Cargaison clandestine | Alfred Rode |
| 1948 | Fandango | Emile Edwin Reinert |
| 1949 | Je n'aime que toi | Pierre Montazel |
| 1949 | Pas de week-end pour notre amour | Pierre Montazel |
| 1950 | Andalousie | Robert Vernay |
| 1951 | Paris chante toujours | Pierre Montazel |
| 1951 | Rendez-vous à Grenade | Richard Pottier |
| 1952 | Route du bonheur (La) | Maurice Labro, Giorgio Simonelli |
| 1952 | Violettes impériales | Richard Pottier |
| 1953 | Belle de Cadix (La) | Raymond Bernard |
| 1954 | Aventuras del barbero de Sevilla L'Aventurier de Séville | Ladislao Vajda |
| 1954 | Napoléon | Sacha Guitry |
| 1954 | Zarewitsch (Der) Le Tzarewitch | Arthur Maria Rabenalt |
| 1955 | Quatre jours à Paris | André Berthomieu |
| 1956 | A la Jamaïque | André Berthomieu |
| 1956 | Chanteur de Mexico (Le) | Richard Pottier |
| 1956 | Printemps à Paris | Jean-Claude Roy |
| 1958 | Sérénade au Texas | Richard Pottier |
| 1960 | Candide | Norbert Carbonnaux |
| 1964 | Pieds dans le plâtre (Les) | Jacques Fabbri, Pierre Lary |