Né en 1954, il grandit en République de Chine (Taïwan) et étudie le théâtre et le cinéma à l'Académie des arts de Taipei. Il continue sa formation aux États-Unis à l'Université de l'Illinois et reçoit ensuite un Master of Fine Arts à l'Université de New York où il réalise le moyen métrage Fine Line comme projet de fin d'étude. Étudiant, il fut le camarade de classe de Spike Lee.

Il a également réalisé un autre moyen-métrage : Dim Lake, distingué par le Golden Harvest taïwanais du meilleur film.

Il tourne son premier long-métrage en 1992 : Pushing Hands, présenté au Festival de Berlin et récompensé par le prix du meilleur film au Festival du film de l'Asie-Pacifique.

Il signe, l'année suivante, le portrait d'un jeune Taïwanais installé à New York, cachant son homosexualité à ses parents, Garçon d'honneur, qui reçoit l'Ours d'or du Festival de Berlin. Le film est ensuite nommé au Golden Globe et à l'Oscar du meilleur film étanger. Ang Lee devient ainsi l'un des premiers réalisateurs à introduire le thème de l'homosexualité dans le cinéma chinois.

Peu après, il tourne une autre chronique intimiste : Salé sucré, film sur la famille taïwanaise également récompensé dans plusieurs festivals.

En 1995, il se tourne vers l'Occident et réalise en Angleterre, avec un casting d'acteurs anglais, son premier film à costumes : Raison et sentiments, d'après Jane Austen, qui lui vaut encore de nombreux prix dont un deuxième Ours d'or berlinois. Il continue sur la route des succès hollywoodiens avec la comédie dramatique Ice Storm et la fresque historique Chevauchée avec le diable, prenant pour cadre la guerre de Sécession.

Il adapte en 2000, de façon moderne pour le public international, le genre wuxia avec Tigre et dragon, film d'art martiaux mettant en scène plusieurs combats stylisés au temps de la Chine impériale. Triomphe international, le film remporte 4 Oscars en 2001 dont celui du meilleur film étranger. Ang Lee s'attaque enfin en 2003 à l'adaptation du comic Hulk. Cette superproduction ne récoltera que 243 millions de dollars dans le monde pour un coût total de 172 (production et promotion).

Changeant complètement de registre, il met en scène Le Secret de Brokeback Mountain, une histoire d'amour entre deux hommes, Ennis del Mar et Jack Twist, dans les montagnes du Wyoming. Ce film dramatique inattendu, adapté de la nouvelle d'Annie Proulx, lui vaut le Lion d'or de la Mostra de Venise en 2005 et l'Oscar du meilleur réalisateur l'année suivante.

La plupart de ses films traitent des interactions entre tradition et modernité et s'attaquent au problème de l'affirmation par l'individu de ses choix et de ses aspirations face à la norme sociale.

Ang Lee réitère l'exploit d'obtenir un deuxième Lion d'or à la 64e Mostra, deux ans seulement après avoir gagné son premier trophée, pour Lust, caution, un drame historique se déroulant à Shanghai durant l'occupation japonaise. En 2009, il réalise une comédie ayant pour cadre le Festival de Woodstock : Hôtel Woodstock.