1977'de Venezuela'nın San Cristóbal şehrinde doğdu. Annesi Soday Arellano bir avukat, babası Filiberto Ramírez ise subaydı. Nataly adlı bir de kız kardeşi vardır. Babasının işi nedeniyle çocukluk yıllarında birçok farklı ülkede yaşadı, bu nedenle İspanyolca'nın yanında İngilizce, İtalyanca, Fransızca ve Almanca da konuşabilmektedir. 1999'da Andrés Bello Katolik Üniversitesi'nin Kitle İletişimi Bölümü'nden mezun oldu. Mezun olmadan önce, amatör olarak yer aldığı bir filmdeki performansı, Meksikalı senarist Guillermo Arriaga'nın dikkatini çekti ve Amores Perros'taki Ramiro rolü için ondan seçmelere katılmasını istedi. Ramírez bu teklifi kabul etmedi, ancak oyunculuğu ciddiye almasını sağladı ve kariyerini oyunculuk yönünde şekillendirdi. Cosita Rica adlı Venezuela TV dizisiyle adını duyurdu. 2007'deki The Bourne Ultimatum ve 2008'de Che filmleriyle uluslararası sinema camiasında kendini kabul ettirdi.
2010 yapımı Carlos adlı mini dizideki Çakal Carlos rolü ile müthiş bir çıkış yaptı. Gelecek Vaat Eden Oyuncu dalında aldığı César Ödülü'nün yanında Altın Küre'ye de aday gösterildi. Bu filmin ardından Zero Dark Thirty, The Libertador, Joy, Hands of Stone ve Bright gibi filmlerle kariyerine devam etti. 2018'de American Crime Story'nin 2.