La passion de Jon M. Chu pour le cinéma démarre très tôt, quand sa mère lui confie la caméra de la maison afin de faire des vidéos de sa famille. Au lieu de ça, le jeune Jon préfère réaliser des courts métrages fantastiques et des thrillers.

Depuis toujours attiré par le milieu artistique, Jon M. Chu apprend entre autres la danse, les claquettes, le piano et le saxophone. Il entre ensuite à l'USC (University of Southern California) et suit le cursus Cinéma. Il y réalise des courts-métrages musicaux qui remportent de nombreux prix, et lui ouvrent dans le même temps les portes de Hollywood.

C'est naturellement qu'en 2008, il se voit confier la réalisation du film musical sur le monde du breakdance, Sexy Dance 2. Le succès de la franchise amène le metteur en scène à diriger la suite deux ans plus tard, Sexy Dance 3 The Battle. En 2011, il reste dans le monde de la musique en réalisant Never Say Never, le documentaire sur l'idole des adolescentes Justin Bieber. Il retrouvera le chanteur pour le clip de Beauty and a Beat, en duo avec la rappeuse Nicki Minaj, ainsi que le documentaire Justin Bieber's Believe en 2013.

Changement de registre total la même année pour le cinéaste qui prend les rênes de la suite de G.I. Joe - Le réveil du Cobra intitulée G.I. Joe : Conspiration. Cette fois, l'Américain délaisse la musique pour le film d'action pur et dur, et dirige les gros bras que sont Bruce Willis, Dwayne Johnson et Channing Tatum (qu'il dirige pour la seconde fois après Sexy Dance 2).

Il revient ainsi à ses premières amours, le monde du spectacle, en mettant en scène Jem et les Hologrammes (2015). Mais la critique et le public réservent un accueil glacial à cette adaptation cinématographique du dessin animé Hasbro des années 80. Il rebondit l'année suivante avec Insaisissables 2, la suite des aventures du quatuor de magiciens qui en met plein les yeux.

En 2018, il livre la comédie romantique Crazy Rich Asians, emmenée par Constance Wu et Henry Golding. Dotée d'un budget de 30 millions de dollars, le film en rapporte plus de 230 millions dans le monde. Ce succès surprise est d'autant plus notable qu'il s'agit à sa sortie du premier film hollywoodien contemporain entièrement joué par des comédiens asiatiques depuis 25 ans.

Après des épisodes de Good Trouble et Home Before Dark, Jon M. Chu revient au cinéma avec D'où l'on vient (2021), une comédie musicale située dans la communauté latino-américaine, adaptée de In The Heights, un succès de Broadway. Il passe ensuite à un autre succès de Broadway avec le très attendu Wicked, porté par Cynthia Erivo et Ariana Grande. Cette comédie musicale, dont la deuxième partie est attendue pour 2025, se déroule dans le pays d'Oz, avant l'arrivée de Dorothy Gale, l'héroïne du Magicien d'Oz.