Родился 17 июля 1958 года в Шанхае. Когда Вонгу было пять лет, его мать оставила отца и переехала в Гонконг. На новом месте мальчику пришлось осваивать местный диалект, для чего мать часто водила его на киносеансы. В 1980-м году Кар-Вай закончил учебу в Гонконгском политехническом колледже по специальности «графический дизайн», после чего отправился на телевизионные курсы учиться на сценариста. А уже в середине 80-х Вонг активно работал в компании популярного гонконгского актера и продюсера Алана Танга, где за пять лет написал около десяти сценариев различных жанров, среди которых были фильмы «Последняя победа» и «Огненные братья».
Широкая известность пришла к Кар-Ваю после того как в 1988-м году он по собственному сценарию снял криминальную мелодраму «Пока не высохнут слезы». Вместо ожидаемого продюсерами гангстерского боевика Вонг создал картину, которую по достоинству оценили критики всего мира, отмечая уникальный режиссерский стиль, хоть и не обошедшийся без влияния Мартина Скорсезе. После того успеха Кар-Вай приступил к работе над вторым своим фильмом – «Дикие дни», который вышел на экраны в 1991-м году. Эта затянутая и запутанная любовная история закрепила режиссерский стиль автора, но провалилась в гонконгском прокате. Однако критики тепло приняли картину, и она была удостоена ряда призов. После небольшого перерыва, во время которого Вонг основал собственную кинокомпанию Jet Tone Films Ltd, в 1994-м году он снял сразу же два фильма: «Прах времен» и «Чунгкингский экспресс». Последний имел большой успех и принес режиссеру мировое признание, а также внимание со стороны Голливуда. Среди поклонников таланта Кар-Вая оказался и Квентин Тарантино, который решил раскручивать его в США. В 1995-м году была снята лента «Падшие ангелы» получившая хорошие отзывы как критиков, так и зрителей. Но еще большим успехом ознаменовалась мелодрама «Счастливы вместе», которая номинировалась на главный приз Каннского кинофестиваля, а сам Кар-Вай на нем был признан лучшим режиссером.
Очередная волна популярности пришла к Вонгу благодаря картине «Любовное настроение», увидевшей свет в 2000-м году. Получившийся киношедевр собрал множество престижных наград и был отмечен номинациями крупнейших европейских кинофестивалей. Другой яркой работой режиссера стала фантастическая мелодрама «2046», вышедшая спустя четыре года и также номинировавшаяся на главный приз Каннского кинофестиваля. А в 2006-м году он уже выступил в качестве председателя жюри этого легендарного кинофестиваля. В следующем, 2007-м году, вышел его первый фильм с американскими актерами «Мои черничные ночи», главные роли в котором исполнили Джуд Лоу, Натали Портман и Нора Джонс. Благодаря этой ленте существенно возросла мировая известность Кар-Вая. Кроме того, фильм, как и прошлые картины, номинировался на «Золотую пальмовую ветвь» кинофестиваля в Каннах. В тот же период Вонгом были сняты короткометражки для альманахов «Эрос» и «У каждого свое кино», а в ближайшее время ожидается выход очередной полнометражной работы режиссера – биографической драмы «Великие мастера». В настоящее время Вонг Кар-Вай проживает в Гонконге вместе с женой и родившимся в 1994-м году сыном.