Fils d'un réalisateur et d'une rédactrice littéraire, Chen Kaige connaît les travaux à la campagne imposés par la Révoltion Culturelle dès 1965. Soldat de l'Armée de libération du peuple de 1971 à 1975, il rejoint le département Réalisation de l'Académie du cinéma de Pékin en 1978.

Son diplôme en poche, Chen Kaige entre aux Studios de Pékin, où il débute comme réalisateur adjoint. En 1984, l'apprenti cinéaste signe son premier film, Terre jaune vraisemblablement inspiré de sa propre expérience puisque le film, récompensé aux festivals de Locarno et d'Hawaii, suit un soldat communiste envoyé dans la campagne chinoise.

En 1986, Chen Kaige découvre le Festival de Cannes avec Le Roi des enfants, présenté en sélection officielle. Lauréat d'une bourse du Conseil culturel asiatique plus tard, il part ensuite étudier à la New York University Film School. En 1991, le réalisateur signe le drame La Vie sur un fil, avant de se révéler au monde entier deux ans plus tard avec Adieu ma concubine, drame humaniste autant que témoignage historique de la Chine contemporaine, Palme d'or au Festival de Cannes 1993 (partagé avec La Leçon de piano de Jane Campion), nommé au César et à l'Oscar du Meilleur film étranger et qui fait découvrir Gong Li au public occidental.

En 1996, Chen Kaige retrouve le couple Gong Li – Leslie Cheung, vedette d'Adieu ma concubine, pour Temptress moon, puis se replonge dans l'histoire de son pays en 1999 avec l'épique fresque L' Empereur et l'assassin toujours marqué par l'interprétation de Gong Li.

En 2002, le cinéaste signe sa première oeuvre anglophone, le thriller érotique Feu de glace avec Heather Graham et Joseph Fiennes dans les rôles principaux, puis retrouve une nouvelle fois la Croisette avec Ten minutes older co-réalisé Jim Jarmusch et Aki Kaurismaki notamment, présenté dans la section "Un Certain Regard" du 55e Festival de Cannes. Avec L' Enfant au violon, primé à San Sebastian, le cinéaste revient à un sujet contemporain après plusieurs films consacrés à l'Histoire de son pays. Chen Kaige poursuit sa carrière en signant une fresque épique où légendes et mythologies se croisent avec Wu ji, la légende des cavaliers du vent en 2004.