Il re-tente alors l'aventure hollywoodienne : d'abord le film de science-fiction "Sunshine", avec Cillian Murphy, Chris Evans et Rose Byrne, puis surtout "Slumdog Millionaire", qui révèle les jeunes Dev Patel et Freida Pinto. Ce long-métrage lui vaut l'Oscar du meilleur réalisateur 2009. Il confirme en se diversifiant : le film d'aventures "127 heures" (2010), avec James Franco, le thriller psychologique "Trance" (2013), porté par Rosario Dawson, le biopic "Steve Jobs" (2015), la suite "T2 Trainspotting" (2017) et la comédie uchronique "Yesterday" (2019). Il est également le créateur du spectacle "Isles Of Wonder" au stade olympique de Londres le pour la cérémonie d'ouverture des Jeux olympiques d'été 2012.