Il a étudié au College of Arts du Chinese University of Hong Kong puis à l'Université de Londres où il a suivi un cours d'écriture pour le cinéma. Sa carrière cinématographique débute en 1988 avec le film "As Tears Go By".
En 1994, il réalise son premier grand succès avec "Chungking Express", un drame policier romantique qui a reçu des critiques positives et a été sélectionné à la Berlinale. Le film est considéré comme emblématique de l'époque du *Hong Kong New Wave*.
En 1997, il réalise "Fallen Angels", un film noir qui a également reçu des critiques positives et a été sélectionné au Festival international du film de Cannes.
En 2000, sort "In the Mood for Love", un film dramatique d'amour qui a remporté plusieurs prix internationaux, notamment le Prix du Jury au Festival de Cannes. Il est considéré comme l'un des meilleurs films de Wong Kar-wai et figure parmi les plus grands succès commerciaux de l'histoire du cinéma hongkongais.
En 2004, il réalise "2046", une suite indirecte d'"In the Mood for Love" qui a également reçu des critiques positives et a été sélectionné au Festival de Cannes. Le film est considéré comme un chef-d'œuvre de la cinématographie asiatique.
En 2013, il réalise "The Grandmaster", un biopic sur le maître du kung-fu Ip Man. Le film a reçu des critiques mitigées mais a été un succès commercial en Asie et a reçu plusieurs nominations aux prix internationaux.
En 2016, il réalise "Le Meilleur des mondes", une adaptation du roman éponyme de J. D. Salinger. Le film a reçu des critiques positives et a été sélectionné au Festival international du film de Venise.
Kar-Wai Wong est connu pour son style visuel unique, marqué par la présence constante de la pluie et d'une mise en scène très stylisée, ainsi que pour sa fascination pour les thèmes de l'amour, du temps, des désillusions et des relations humaines. Ses films ont été décrits comme étant un mélange entre le cinéma classique hongkongais et le cinéma artisanal japonais.