Diplômé de la section cinéma du San Francisco Art Institute en 1983, Peter Pau se fait très vite un nom en tant que directeur de la photographie. En 1989, il collabore avec John Woo sur The Killer, puis assiste les plus grands metteurs en scène de Hong Kong : Tsui Hark sur Le Festin chinois (1995) ou Double Team (1997) et Ronny Yu sur La Mariée aux Cheveux Blancs (1993) et La Fiancee de Chucky (1998). Récompensé de nombreux Hong Kong Film Awards pour ses travaux, Peter Pau s'essaie entre temps à la réalisation avec notamment Misty qu'il tourne avec Tony Leung Ka Fai en 1992.

Déjà largement reconnu à Hong Kong, Peter Pau devra attendre le succès mondial de Tigre et dragon d'Ang Lee pour accéder aux honneurs internationaux. Sa photographie lui vaut l'Oscar 2001 de la Meilleure photographie. Un an plus tard, le technicien éclaire le film fantastique Dracula 2001 pour Patrick Lussier, avant de retourner derrière la caméra pour le film d'aventure Le Talisman pour lequel il retrouve Michelle Yeoh, déjà de l'aventure Tigre et dragon.