Wong Kar Wai začínal jako scénárista a režii si poprvé vyzkoušel v roce 1989. Jeho první film, As Tears Go By, se promítal v rámci týdne kritiků na mezinárodním filmovém festivalu v Cannes v roce 1989. Jeho další film, Days of Being Wild, se odehrával ve velmi stylizovaných šedesátých letech. Objevilo se v něm několik tehdejších populárních hongkongských herců a získal pět místních ocenění, mimo jiné i za nejlepší film a nejlepší režii.

Příští dva roky strávil Wong prací na filmu Ashes of time, který natáčel na odlehlých místech Číny. Měl premiéru na benátském festivalu v roce 1994. Během pauzy v postprodukci tohoto filmu natočil Wong Chungking Express, který se posléze stal v mnoha zemích kultovním hitem. Jednalo se také o jeho první film, který se dočkal celosvětové distribuce. Poté natočil Fallen Angels, kde rozvíjel témata z Chungking Expressu.

Jeho další film, Šťastni spolu, měl premiéru v Cannes v roce 1997 a vysloužil mu cenu za nejlepší režii. V roce 2000 se zúčastnil festivalové soutěže se snímkem Stvořeni pro lásku a získal za něj mnohá ocenění včetně ceny za nejlepší herecký výkon pro Tonyho Leung Chiu-Waie. Očtyři roky později se do Cannes vrátil s filmem 2046, který popisoval další osudy hlavního hrdiny předchozího filmu.

Natočil také několik krátkých filmů, mimo jiné i v rámci projektu automobilky BMW po internetu šířený The Hire, na kterém se kromě něj podíleli i Ang Lee, John Woo, John Frankenheimer, Michelangelo Antonioni a Steven Soderbergh.

V květnu 2006 zasedal jako předseda komise porotců na 59. filmovém festivalu v Cannes.