Arrivé en France alors qu'il n'a que 6 mois, après que ses parents aient fui le Cambodge des Khmers rouge puis le Vietnam, Frédéric Chau grandit dans le 18ème arrondissement parisien puis en Seine St Denis. L'aîné de trois enfants, ses parents lui prodiguent une éducation stricte et l'envoient étudier à Paris quand arrive l'âge du lycée. 

Après avoir obtenu un bac scientifique, puis un DUT en télécommunication, il pose quelque temps pour l'agence de publicités "People", puis, avide de voyages, devient steward pour Air France en 1998. Décidant finalement de se consacrer à la comédie, il prend pendant un an, en 2004, des cours au Théâtre Espace Marais. Les castings se révélant infructueux, il se lance dans le stand-up, qui lui amène une première reconnaissance. Il crée par la suite le collectif "Barres de Rires" avec quelques humoristes montants dont Fabrice Eboué et Thomas N'Gijol avec qui il se fait repérer par le metteur en scène de Jamel Debbouze.

Assurant la première partie du nouveau one-man show de Debbouze, "100% Jamel", il intègre par la suite le Jamel Comedy Club en 2006 comme beaucoup de ses comparses de "Barre de Rires". Ses sketches jouent notamment sur ses origines chinoises, sur le fait qu'il soit le seul asiatique du groupe et sur les clichés qui en découlent. Il participe avec les autres membres du Club au doublage du Chihuahua de Beverly Hills, en 2008, et le quitte finalement en 2009 pour se consacrer entièrement à sa carrière d'acteur.

Frédéric Chau obtient son premier rôle de long-métrage dans Eden à l'ouest (2009) de Costa-Gavras avant de se spécialiser dans les comédies communautaires décalées. Il apparaît dans Banlieue 13 - Ultimatum, puis Neuilly sa mère ! et voit sa carrière décoller à partir de 2010. On le retrouve alors dans From Paris with Love, Coursier, Halal police d'Etat, toujours dans des rôles comiques, souvent caricaturaux et jouant de ses origines. Il joue aussi dans Mince alors !, Paris à tout prix et Qu'est-ce qu'on a fait au bon dieu, qui le révèle au grand public. Il obtient également une place dans Lucy de Luc Besson.

Frédéric Chau apparaît ensuite dans les séries comiques Nos chers voisins, Kim Kong et L'Histoire racontée par des chaussettes. En 2019, il reprend son rôle de Chao Ling dans Qu'est-ce qu'on a encore fait au bon Dieu ? et trois ans plus tard dans Qu'est-ce qu'on a tous fait au Bon Dieu ?. Entre les deux, il joue le héros de Made in China et goûte au thriller avec Les Traducteurs. Toujours en 2022, il tient un rôle dans Notre-Dame, la Part du feu, une mini-série de six épisodes relatant l'incendie de la célèbre église survenu en avril 2019.