A dix-sept ans, après avoir exercé plusieurs petits métiers sur la presqu'île de Kowloon à Hong Kong, il s'inscrit aux cours d'art dramatique de la TVB, la division télévisuelle de la Shaw Brothers. Après plusieurs années de galère, il devient la vedette en 1980 de Shanghai Bund, une transposition de Borsalino située dans le Shanghai des années trente. Parallèlement, il débute au cinéma dans des nudies, films légèrement érotiques produits en masse, et des comédies fauchés.

En 1981, la réalisatrice Ann Hui va donner au comédien son premier vrai rôle dramatique dans The story of Wu viet, où il incarne un réfugié du Vietnam en butte à la pègre de Hong Kong. En 1984, il obtient le Taipei Golden Horse Award pour son interprétation dans Hong Kong 1941 de Leong Po-Chih. Mais l'acteur est loin d'être une star et c'est contre l'avis de tous que John Woo l'impose dans Le Syndicat du crime en 1986. Grâce à sa composition de gangster romantique, Chow Yun-Fat accède au rang de mythe vivant. Il peut désormais se permettre de jouer sur son image glamour avec des films comme Le Syndicat du crime 2 en 1987, tout en la malmenant devant la caméra de Ringo Lam. Celui-ci lui offre notamment le premier rôle de City on fire en 1987.

En 1989, le comédien utilise sa renommée pour faire produire The Killer, hommage au Samouraï de Jean-Pierre Melville. Succès honorable à Hong-Kong mais bombe dans les festivals du monde entier. En 1989, Chow assoie sa renommée en interprétant God of gamblers qui bat tous les records de fréquentation à Hong Kong.Après des années de tournage épuisantes, il se met à espacer ses projets pour mieux choisir ses rôles. Il aligne alors les triomphes: Le Syndicat du crime 3 de Tsui Hark, Les Associes et A toute epreuve, tous les deux signés John Woo.

En 1995, Chow Yun-Fat s'exile aux Etats Unis et perfectionne son anglais afin de figurer aux côtés de Mira Sorvino dans son premier film américain, Un tueur pour cible. Ses projets américains s'accélèrent puisqu'on le voit en 1999 dans Anna et le roi, le remake de la comédie musicale Le Roi et moi, en compagnie de Jodie Foster ainsi que dans Le Corrupteur de James Foley. Mais c'est l'année 2000 qui sera déterminante pour lui grâce au succès mondial de Tigre et dragon de Ang Lee (128 millions de dollars de recettes rien qu'aux Etats Unis). Après s'être éloigné pendant trois ans des plateaux de cinéma, il revient en 2003 dans un film d'action survitaminé : Le Gardien du manuscrit sacré de Paul Hunter. Il multiplie de nouveau les projets et participe au film d'aventure en 2006, Pirates des Caraïbes 3, réalisé par Gore Verbinski.