Né à Shanghaï, Wong Kar-Wai suit sa famille qui s'installe à Hong-Kong en 1963. Diplômé en Arts graphiques après des études à l'Ecole polytechnique de Hong-Kong, il entre comme assistant de production à la télévision où il devient rapidement assistant producteur puis scénariste de téléfilms et de séries télévisées. Il intègre alors le "team créatif" de Barry Wong, le meilleur et le plus prolifique scénariste de Hong Kong et commence à travailler dans le milieu du cinéma. Scénariste, il collabore notamment à The Final Victory de Patrick Tam. Ce dernier produira le premier long métrage de Wong Kar-Waï.

En 1988, Wong Kar-Wai réalise son premier film, As Tears go by, d'après l'un de ses scénarios. Le film est présenté à la Semaine de la Critique à Cannes mais jugé trop violent par les critiques occidentaux. En 1990, le cinéaste réunit tous les jeunes acteurs les plus populaires -notamment Maggie Cheung et Leslie Cheung- pour son second opus Nos annees sauvages, chassé croisé amoureux dans le Hong Kong des années 60 : le film est un échec commercial et sa seconde partie ne sera d'ailleurs jamais montée.

Pour Les Cendres du temps, grande fresque historique, Wong Kar-Wai tourne pendant deux ans. Usant de chorégraphies et scènes de combats d'une grande précision, le film s'inscrit dans la grande tradition du cinéma chinois et affiche un casting prestigieux : Brigitte Lin, Tony Leung, Jacky Cheung, Maggie Cheung et Leslie Cheung. Le film est présenté à Venise où il obtient le prix de la Meilleure photo et laisse le réalisateur épuisé physiquement et mentalement par le tournage en plein désert.

Pendant la post-production des Cendres du temps, Wong Kar-Wai décide de revenir à l'essence du cinéma et de filmer simplement des personnages dans le Hong Kong contemporain : la nuit, il tourne fiévreusement sans aucune autorisation et caméra à l'épaule dans le quartier de son enfance, Tsim Sha Tsui. Le résultat : Chungking Express, son plus gros succès public, qui le révèle au niveau international et lui vaut le surnom de Quentin Tarantino chinois. Avec Happy Together, tourné en Argentine, Wong Kar-Wai remporte le Prix de la mise en scène à Cannes et, offre en 2000 le Prix d'interprétation masculine du Festival à Tony Leung pour In the Mood for Love.

Avec ce film, le cinéaste réalise un vieux projet, celui de recréer l'environnement qu'il avait connu enfant à Hong Kong, celui des Chinois quittant la Chine en 1949 au moment de l'arrivée des communistes au pouvoir. En 2004, le cinéaste revient sur la Croisette avec 2046, suite de son précédent film et présenté en compétition. Entre temps, Wong Kar-Wai participe avec Steven Soderbergh et Michelangelo Antonioni au projet Eros, signant le court métrage "La Main" dans lequel il met en scène l'héroïne de 2046, Gong Li.

Particulièrement lié au festival de Cannes, Wong Kar-Wai est nommé président du jury en 2006, décernant la Palme d'Or à Le Vent se lève de Ken Loach. L'année suivante, le cinéaste est l'un des 60 signataires de la collection de courts-métrages Chacun son cinéma, réalisée à l'occasion du soixantième anniversaire de la mythique manifestation cannoise.

Evoqué un temps pour réaliser un long métrage autour de la catastrophe relative à l'ouragan Katerina, Wong Kar-Wai réalise finalement son premier film aux USA à l'occasion de My Blueberry Nights (2007). Pour ce premier tournage en langue anglaise, le cinéaste s'entoure d'un casting prestigieux (Jude Law, Natalie Portman, Rachel Weisz) et offre même son premier rôle au cinéma à la chanteuse Norah Jones. En 2013, le natif de Shanghaï retrouve son complice Tony Leung pour adapter l'histoire légendaire d'Ip Man, le maître de Bruce Lee, dans The Grandmaster. Situé dans la Chine des années 30-40, le film marque le retour de Wong Kar-Wai dans le genre arts martiaux après "Les cendres du temps".