Fils de l'acteur, producteur, réalisateur et artiste martial Sonny Chiba, décédé en août 2021 à l'âge de 82 ans, Mackenyu est né à Los Angeles de parents japonais. Depuis tout petit, il s'intéresse à diverses disciplines (dont l'équitation, le karaté, la gymnastique, le water-polo et la lutte, mais aussi le piano, le saxophone et la flûte) tout en apparaissant de manière furtive dans divers films et séries télévisées. Lorsqu'il a 15 ans, il décide de déménager au Japon en vue de devenir comédien.

Multipliant les castings, Mackenyu trouve en 2015 son premier rôle principal dans le film d'arts martiaux Take a Chance, puis apparaît dans le film de super-héros Kamen Rider Drive: Surprise Future. En 2016, il gagne en notoriété lorsqu'il décroche le rôle de Wataya Arata dans la trilogie romantique pour adolescents Chihayafuru. Il joue ensuite dans des longs métrages inconnus à l'international comme Night's Tightrope, Bitter Sweet ou Jojo's Bizarre Adventure Diamond Is Unbreakable Chapitre 1.

En 2018, Mackenyu intègre la distribution de Pacific Rim Uprising dans le rôle du cadet Ryoichi. Ce blockbuster réalisé par Steven S. DeKnight rencontre un succès mitigé (290 millions de dollars de recettes pour un budget de 150 millions) mais lui permet de côtoyer de jeunes talents comme John Boyega et Scott Eastwood. La même année, il joue un jeune pilote fauteur de troubles mais talentueux qui espère accéder au championnat du monde dans le film de course automobile Over Drive.

On le voit ensuite dans des films aussi différents que Code Blue: The Movie, 12 Suicidal Teens, Tokyo Ghoul 'S', Kaiji: Fainaru gêmu, Sayonara made no 30-bun, Na mo Naki Sekai no End Roll, Brave: Gunjyo Senki ou encore Rurôni Kenshin: Sai shûshô - The Final. N'en n'oubliant pas les séries, le jeune comédien trouve des rôles notables dans plusieurs épisodes de Dôki no Sakura et Ichikei no karasu. En 2022, il prête ses traits au tueur en série balafré Scar dans Fullmetal Alchemist.

Cette même année, Mackenyu est choisi pour jouer Seiya, le héros du film Les Chevaliers du Zodiaque, une adaptation live de la célèbre série animée elle-même tirée du manga Saint Seiya. Le long métrage sort en mai 2023 et est réalisé par le Polonais Tomasz Baginski (producteur sur la série à succès The Witcher). Décidément très demandé dans le registre des adaptations de bandes-dessinées japonaises, le natif de Los Angeles sera Roronoa Zoro dans la très attendue série live One Piece sur Netflix.

Laurent Schenck