Tsai nait en Malaisie où il passe les 20 premières années de sa vie dans un petit village. Il part pour Taipei pour étudier les arts dramatiques et le cinéma à l'Université Culturelle de Chine. Il commence sa carrière comme producteur pour le théâtre. Il écrit ensuite des scénarios et réalise pour la télévision de Hong Kong plusieurs moyen-métrages sur l'adolescence dont Tous les coins du monde en 1989 et Les garçons en 1991.
Ses films sont produits par le studio officiel du Kuomintang, le central Motion Pictures Corporation, le même qui produisit les premiers films de la nouvelle vague taïwanaise.
Il passe au cinéma en 1992 avec Les Rebelles du dieu néon. Il va devenir peu à peu une des valeurs sûres de la seconde vague taïwanaise en offrant une vision pessimiste de la société. Il s'intéresse à la difficulté de communiquer et d'aimer à travers des adolescents perdus.
Il réalise en 1994 Vive l'amour, une réflexion sur l'amour qui reçoit le Lion d'Or au Festival de Venise. Il poursuit avec le drame La Rivière couronnée par le Prix Spécial du Jury au Berlin. En 1995, il aborde la science-fiction avec The Hole, primé à Cannes qui confirme son talent.
En 2001, Tsai Ming-liang réalise Et là-bas, quelle heure est-il ? puis l'année suivante le court-métrage Le Pont n'est plus là puis le poétique Goodbye, Dragon Inn.
Il revient en 2005 avec la comédie musicale La Saveur de la pastèque qui se démarque de ses films précédents.
En 2006, il réalise I Don't Want to Sleep Alone qui se passe en Malaisie.
En 2009, il réalise Visage — film hommage à la Nouvelle Vague — au musée du Louvre avec Fanny Ardant, Laetitia Casta, Jean-Pierre Léaud et son acteur fétiche Lee Kang-sheng. Ce film lui vaudra une sélection officielle au Festival de Cannes.
Portrait de l'acteur légendaire Jean-Pierre Léaud, icône de la Nouvelle Vague française et étroitement lié à l'œuvre de François Truffaut et de Jean-Luc Goddard.
Kang souffre depuis des années d’un mal étrange qui affecte son cou et l'oblige à ralentir ses mouvements et à s'incliner. Il est dans une quête inlassable pour trouver le traiteme...
Alors que je parcourais les rues de Taipei à la recherche de visages pour mon film, certains versets ont commencé à résonner dans mon esprit. Je les ai transcrits: Il y a une lumiè...
“ Tsai Ming-liang trouve ici le point limite, l'au-delà de son cinéma, évènement rare auquel on ne peut que comparer Inland Empire de Lynch. ”— cahierscinema 4 mars 2014
“ Dans un geste désespéré, Tsai Ming-liang utilise les codes du film d’horreur pour dresser le portrait sinistre du capitalisme contemporain ”— cinematraque13 mars 2014