Membre du Jury "Un Certain Regard" du Festival de Cannes 2013.

Elève dans une école secondaire affiliée à l'Université de danse de Pékin dès l'âge de 11 ans, Zhang Ziyi poursuit sa formation à la prestigieuse Ecole centrale d'art dramatique de Pékin. En 1998, alors qu'il lui reste encore un an d'études, elle débute sur grand écran dans The Road Home de Zhang Yimou, Ours d'argent et Prix du jury oecuménique du Festival de Berlin 2000. C'est cependant quelques mois plus tard que l'actrice se révèle aux yeux du monde entier dans Tigre et dragon d'Ang Lee (2000) dans lequel elle incarne une intrépide guerrière avec de nombreuses récompenses internationales à la clé.

Son passeport pour Hollywood acquis, Zhang Ziyi part aux Etats-Unis en 2001 pour incarner la méchante de Rush hour 2 aux cotés de son compatriote Jackie Chan, avant de retrouver la Chine dans La Légende de Zu 2 de Tsui Hark puis le drame historique et épique dans Musa, la princesse du désert du coréen Kim Sung-Soo. Nouveau wu xian pian, traditionnel film de sabres, et nouveaux combats dans Hero qui marque ses retrouvailles avec Zhang Yimou et pour lequel elle côtoie Jet Li, Maggie Cheung, Tony Leung Chiu Wai et Donnie Yen. Tourné en 2002, le film sort en septembre 2003 en France, quelque mois après la présentation en compétition cannoise de Purple Butterfly de Lou Ye où Zhang Ziyi incarne une résistante chinoise à l'envahisseur japonais dans les années 30. La même année, elle tourne sous la direction de Wong Kar Waï dans 2046 puis retrouve Zhang Yimou sur le tournage du Secret des poignards volants. A 25 ans, la jeune femme s'affirme comme l'une des plus grandes stars du cinéma asiatique, de renommée internationale: le magazine People l'élit en 2001 comme "l'une des plus belles femmes du monde".

Elle poursuit de front une carrière américaine ainsi qu'une carrière dans les films asiatiques. Si elle est l'héroïne de Princess Raccoon du vétéran japonais Seijun Suzuki, elle apparaît surtout en 2005 dans Mémoires d'une geisha, l'adaptation américaine d'un best-seller, où Zhang Ziyi tient le haut de l'affiche aux côtés de Gong Li. Un an plus tard, elle est à nouveau à l'affiche d'un wu xian pian, La Légende du scorpion noir, puis connaît un échec commercial important avec Les Cavaliers de l'Apocalypse en 2009 dans lequel elle donne la réplique à Dennis Quaid. Un échec bien rattrappé avec le drame Forever Young qui cartonne au box-office chinois.

Zhang Ziyi poursuit avec Dangerous Liaisons, adaptation moderne du roman "Les Liaisons dangereuses", puis prend part à l'impressionnant film d'arts martiaux The Grandmaster sur Yip Man, qui fut l'un des maîtres de Bruce Lee. En 2019, la comédienne intègre le MonsterVerse via Godzilla 2 : Roi des monstres, dans lequel elle retrouve son partenaire de Mémoires d'une geisha Ken Watanabe.