Co-scénariste du thriller de science-fiction Freejack réalisé par Geoff Murphy en 1992, Dan Gilroy coécrit deux ans plus tard le scénario de la comédie Chasers réalisé par Dennis Hopper. Vers le milieu des années 90, il rédige le scénario de "Superman Lives", suite des aventures de Superman qui devait être réalisé par Tim Burton, mais le film ne verra jamais le jour. On lui doit par la suite, dans les années 2000, les scénarios de Two for the Money (2005) et Real Steel (2011), deux films portés par de grands acteurs.
Le scénariste s’associe ensuite avec son frère Tony Gilroy pour mettre en œuvre le projet de reboot de la saga Jason Bourne. Le film est mis en scène par Tony Gilroy, scénarisé par son frère Dan et se centre sur les aventures d’un nouveau héros nommé Aaron Cross incarné par Jeremy Renner. Dan Gilroy passe ensuite pour la première fois derrière la caméra en 2014 avec le thriller urbain Night Call dont il signe également le scénario. Jake Gyllenhaal y campe un journaliste peu scrupuleux à l’affut de la moindre scène de crime dans la ville de Los Angeles.
