Johnnie To est engagé à 17 ans comme assistant administratif pour une des principales chaînes de télévision de l'ancienne colonie britannique, la TVB. Quelques années plus tard, il produit des séries, toujours pour le petit écran. En 1980, il passe le cap de la réalisation en tournant The Enigmatic case, un film d'aventure médiéval qui ne connaît aucun succès. Après six ans de travail sur des séries télés, il tourne en 1986 Happy Ghost 3, son second long métrage. Cette comédie marque le début d'une collaboration de trois films avec l'acteur et producteur Raymond Chow. Johnnie To commence alors à aborder des genres très divers tout en tournant avec les plus grandes stars de Hong Kong.
En 1988, Johnnie To reprend le tournage du polar The Big Heat après que Tsui Hark a renvoyé Andrew Kam. L'année suivante, le mélodrame All about Ah-Long, gros succès au box-office, marque un tournant dans sa carrière. Pour la première fois, il signe lui-même le scénario et est nommé comme Meilleur réalisateur aux HK Awards (Chow Yun-Fat est, lui, récompensé pour sa performance de père de famille). Johnnie To alterne ensuite comédies et films d'action dans lesquels on retrouve notamment Tony Leung, Stephen Chow et Andy Lau.
En 1993, Johnnie To acquiert une stature internationale en co-réalisant, avec Ching Siu Tung, The Heroic trio. Ce long métrage mêlant scènes d'action et fantastique fait connaître Anita Mui, Michelle Yeoh et Maggie Cheung en Occident. Un second volet, Heroic Trio 2, est tourné la même année. Dans les années qui suivent, Johnnie To s'essaie au film d'arts martiaux traditionnel avec Bare foot kid, à la comédie romantique avec Loving you et au drame historique avec A moment of romance III.
En 1996, Johnnie To fonde avec Wai Ka Fai, avec qui il co-réalise plusieurs projets, une société de production, la Milkyway Image Ltd., afin de découvrir de nouveaux talents. Celle-ci produit des comédies populaires et des polars décalés. C'est dans ce dernier genre que Johnnie To se fait reconnaître à la fin des années 1990. The Mission est le premier film du cinéaste à être distribué en France en 2001. L'année suivante, c'est au tour de Fulltime killer de connaître le même sort. Cinéaste prolifique, To tourne plusieurs films par an, mais peu d'entre eux sont distribués en France, et c'est généralement avec retard. En 2004 et en 2005, le public de Cannes aura découvert successivement Breaking news et Election. En 2005 sort également le polar contemplatif P.T.U., réalisé deux ans auparavant.
C'est avec la suite d'Election, Election 2, mettant en scène un Simon Yam de plus présent dans les films du réalisateur hong-kongais, que Johnnie To récolte un succès critique indéniable. Il récidive en 2008 avec son acteur fétiche (près de 10 films ensemble) pour les besoins de Sparrow, une comédie axée sur une bande de pick-pockets. En 2009, il dirige Johnny Hallyday dans le thriller Vengeance, présenté en compétition à Cannes, où la rock-star incarne un ancien tueur à gages décidé à venger sa fille kidnappée.