Nacido en China, su familia -huyendo del régimen comunista- se instaló en Hong Kong cuando él apenas tenía 3 años. Su padre, filósofo desocupado, enfermó de tuberculosis y murió después de estar diez años hospitalizado. Aunque pasaron muchas penurias económicas, la madre sostuvo a la familia trabajando de albañil, y también se ocupó de introducir al joven Yu-Sen -verdadero nombre de John- en el mundo del cine, especialmente del americano y el francés.

Después de la muerte del padre, John debió dejar los estudios. Tenía 16 años y decidió emplearse en un diario. Mientras, leía libros de teoría cinematográfica y veía todo el cine que podía. En 1968 ya estaba realizand0 cortos en 8 y 16 mm. En 1969 comenzó a trabajar como asistente de producción y guionista en los estudios Cathay. Y en 1971 ya era asistente de dirección de su maestro Chang Cheh, especialista en artes marciales, en los estudios Shaw Bros.

Contratado por un estudio rival, el Golden Harvest, realizó su primer largometraje: The Young Dragons (1973), un film del llamado cine Kung-fu que fue prohibido por su violencia. Solo después de cortado y rearmado, pudo ser exhibido y se convirtió igualmente en un éxito. Esto le permitió realizar The Dragon Tamers(1974) y The Hand of Death (1975). Este último lo protagonizan un joven y desconocido Jackie Chan y el propio Woo en un papel secundario.

Posteriormente dirigió películas de artes marciales, una adaptación de una ópera china (La princesa Chang Ping, 1976), un film del género wuxia (Hao Xia, 1978) y varias comedias que le dieron gran popularidad como realizador, entre las que se destacan -según sus títulos en inglés- Money Crazy (1977), From Riches To Rags (1979) y Plain Jane To The Rescue (1982).

En 1983 llegó su primer policial, Sunset Warriors, que no lo conformó a él ni a los productores, no llegó a estrenarse y le costó un exilio en Taiwán de tres años, donde siguió realizando comedias intrascendentes. Al volver a Hong Kong, lo ayudó su amigo Tsui Hark, que acababa de fundar la productora Film Workshop. Una de sus primeras realizaciones fue Amenaza final (A Better Tomorrow, 1986), una remake de un clásico de los 60 con Chow Yun Fat y Leslie Cheung, que se convirtió en el film más taquillero de Hong Kong.

Otra vez en la senda del éxito, pudo estrenar la postergada Sunset Warriors con el título Heroes Shed no Tears, además de realizar una segunda parte de A Better Tomorrow (1988). Cuando se disponía a filmar la tercera, su amigo Tsui Hark se le adelantó y la relación entre ambos llegó a su fin.

Su destino cambió al año siguiente con El killer (The Killer, 1989). Policial ultra violento, lo hizo conocido internacionalmente. Tras esta llegaron Una bala en la cabeza (Bullet in the Head, 1990) -especie de precuela de A Better Tomorrow-, Reto a la ley (One a Thief, 1990) y Duro de vencer (Hard Boiled, 1992), todas pertenecientes a su período hongkonés pero bien conocidas en el mercado mundial.

El salto a Hollywood no se hizo esperar. Así llegaron Operación cacería (Hard Target, 1993), con Jean-Claude Van Damme, y Código: flecha rota (Broken Arrow, 1996), nada menos que con John Travolta y Christian Slater. Ya muy cerca de la cumbre del cine de acción, le fue concedido el guión de Contracara (Face-Off, 1997), un notable éxito con Travolta y Nicolas Cage. Y tras este llegaron un complejo y original thriller, Blackjack (idem, 1998), y Misión: Imposible 2 (Mission: Impossible II, 2000), donde reemplazó a Brian De Palma.