Antes de alcanzar la fama internacional, Centineo tuvo su primer gran papel en la serie de Disney Channel The Fosters, donde interpretó a 'Jesús Foster', uno de los hijos adoptivos de la familia protagonista. Aunque su papel no fue protagónico, su participación en esta serie le permitió comenzar a ganar visibilidad en la industria y abrir puertas en el mundo de la actuación.
La verdadera oportunidad de Centineo llegó cuando interpretó al encantador y carismático 'Peter Kavinsky' en la exitosa película de Netflix A todos los chicos de los que me enamoré (2018). La película, basada en el popular libro de Jenny Han, fue un éxito rotundo, especialmente entre los jóvenes, y convirtió a Centineo en un ícono de las películas románticas de la era digital.
Tras el éxito de A todos los chicos de los que me enamoré, Centineo continuó expandiendo su carrera en Hollywood y consolidó su estatus de estrella juvenil. En 2019, protagonizó otra película para Netflix, La cita perfecta, en la que interpretó a 'Brooks Rattigan', un joven que se ofrece como "cita profesional" para ganar dinero y poder pagar su educación universitaria.
En cuanto a su vida personal, Centineo ha estado vinculado a varias figuras públicas a lo largo de los años. Algunas de sus relaciones más destacadas incluyen:
- Kelli Berglund en 2013, aunque su relación fue breve.
- Angeline Appel en 2016, con quien estuvo junta hasta 2018.
- Alexis Ren en 2019, aunque confirmaron su ruptura en 2020.
- Stassie Karanikolaou desde 2021, con quien mantiene una relación reservada.