Né de parents de souche indienne et irlandaise, Chuck Norris, de son vrai nom Carlos Ray Norris, apprend le karaté pendant son service militaire dans l'US Force en Corée du Sud. A son retour aux Etats-Unis, il ouvre une école de karaté qui devient fréquentée par de nombreuses célébrités, dont Steve McQueen. C'est cet art martial et les nombreux prix qu'il remporte grâce à lui qui occasionnent sa rencontre avec Bruce Lee, qui lui offre son premier rôle au cinéma dans son film La Fureur du dragon en 1972. Le film est un succès et reste, encore aujourd'hui, un classique du genre. Il est du reste celui qui met en scène le seul combat où Chuck Norris perd. Il ouvre la voie à sa carrière d'acteur, bien que tardive.

S'ensuivent ensuite plusieurs premiers rôles dans des films d'action ou d'arts martiaux, où ses rôles se cantonnent bien souvent à celui du flic musclé décidé à faire respecter la loi : An Eye for an eye en 1981, L'exécuteur de Hong Kong en 1982, Oeil pour oeil en 1983. Mais le succès ne revient vraiment qu'avec Portés disparus, qui donne naissance à une trilogie (suivent Portés disparus II en 1985 et Portés disparus III en 1988, ce dernier étant réalisé par son frère Aaron Norris en hommage à leur petit frère, mort au Viêtnam en 1970).

L'année 1985 voit fleurir deux autres succès pour Chuck Norris, The Delta Force (qui connaîtra une suite en 1990) et Invasion U.S.A. (film dont il est un des scénaristes). Il revient en 1988 avec Héros de William Tannen, où il pourchasse un dangereux serial killer nommé "La Terreur". Par la suite, et ce jusqu'en 1995, Chuck Norris ne tournera plus de long métrage que sous la coupe de son frère Aaron Norris, qui le dirige dans Portés disparus III (1988), Delta Force 2 (1990), Sidekicks (1992), Hellbound (1993) et Top Dog (1995).

En 1993 débute le plus grand succès de Chuck Norris, qui sera la série Walker, Texas Ranger de Christopher Canaan, dans laquelle Chuck Norris campe le fameux Ranger texan du nom de Cordell Walker. Il en scénarise également un épisode. La série engraine neuf saisons et est arrêtée en 2001. Elle reste cependant encore diffusée dans de nombreux pays.

Il donne ensuite des cours d'art martiaux à son neveu dans Hitman, tueur à gages (1998), puis fait une apparition pleine d'auto-dérision dans Même pas mal ! (Dodgeball) en 2004. Il retrouve William Tannen avec qui il avait tourné Héros pour Le Sang du diamant (2005), où, malgré ses 65 ans, il continue de donner la preuve de sa force et de son agilité physiques. En 2012, il apparaît dans le gang des papys flingueurs d'Expendables 2 en jouant de l'aura culte qui l'entoure depuis l'avènement d'internet.

Sa dernière apparition en date est dans la série télé Hawaii 5-0, dans laquelle il interprète le sergent-major Phillips le temps d'une courte scène (S10E21, diffusé en 2020).