John Woo grandit à Hong Kong, où il commence sa carrière en tant qu'assistant réalisateur dès 1969. Il met en scène son premier film en 1973, The Dragon tamers, et devient un réalisateur prolifique touchant à tous les genres cinématographiques avant que Le Syndicat du crime en 1986 ne l'établisse comme un maître de l'action, spécialisé dans les thrillers ultra violents. Il y dirige l'un de ses acteurs fétiches, Chow Yun-Fat.

Par la suite, il tourne Le Syndicat du crime 2 (1987) et Just heroes (1989). Mais c'est avec The Killer en 1989 qu'il acquiert une réputation internationale. Il enchaîne avec Une balle dans la tête en 1990, puis A toute épreuve en 1992, lequel sera son cadeau d'adieu au cinéma hong-kongais. En effet, Hollywood s'intéresse à lui et lui offre son premier contrat. C'est ainsi que John Woo s'essaie aux méthodes de tournage américaines en dirigeant Jean-Claude Van Damme dans le film d'action Chasse à l'homme (1993).

Suivent d'autres grosses productions comme Broken arrow en 1995, et surtout Volte/Face en 1997, où le tandem Nicolas Cage / John Travolta lui fait gagner la confiance du public américain. Trois ans plus tard, le succès planétaire de Mission : impossible 2 avec Tom Cruise dans le rôle principal le place définitivement dans la liste des réalisateurs les plus rentables du monde.

A partir de 2002, John Woo s'essaie à deux nouveaux registres : le film de guerre avec Windtalkers, interprété par deux acteurs fétiches : Nicolas Cage et Christian Slater, la science-fiction avec Paycheck - l'adaptation cinématographique d'un roman de Philip K. Dick dans laquelle Ben Affleck tente de reconstituer son passé -, et le film historique en 2009 avec l'épique Les 3 royaumes. Ce dernier lui permet de renouer avec le succès puisqu'il s'agit à l'époque non seulement du film le plus cher de l'histoire du cinéma chinois, mais aussi le plus gros succès au box-office national.

Il co-signe ensuite le wu xia pian Le Règne des assassins avec Michelle Yeoh et dirige Zhang Ziyi dans le drame de guerre The Crossing. Après l'échec de Manhunt, John Woo revient aux États-Unis pour réaliser Silent Night (2023), dont la particularité est d'être un film d'action dépourvu de dialogues. Il s'envole ensuite pour Paris où il tourne The Killer, remake de son propre film, avec en lieu et place de Chow Yun-Fat et Danny Lee les comédiens Nathalie Emmanuel et Omar Sy.