A tajvani Pingtung tartomány Chaochou városában született 1954-ben, Kínából áttelepült család sarjaként. Hagyományos nevelésben részesült, az oktatást és különösen a klasszikus kínai műveltség elsajátítását nagyon fontosnak tartották szülei.
1975-ben végzett a National Taiwan College of Arts hallgatójaként. Miután megnézte Ingmar Bergman 1960-ban forgatott Szűzforrás című filmjét, eldöntötte, hogy a filmiparban szeretne dolgozni. 1979-ben az Egyesült Államokba utazott és színházi rendezést tanult az Illinois-i Egyetemen, majd filmrendezést a New York-i Egyetemen. 1985-ben még diákként filmdíjat nyert, és közreműködött Spike Lee vizsgafilmjében, a Joe's Bed-Stuy Barbershop: We Cut Heads című díjnyertes alkotásban. Saját diplomamunkája, a 43 perces Fine Line című dráma a kiváló rendezésért elnyerte a New York-i Wasserman-díjat.
Az egyetem után Lee-t a William Morris Ügynökség menedzselte, ám kezdetben nem tudott lehetőséget biztosítani számára. A munkanélküli években a négyfős családot Lee felesége, a molekuláris biológiával foglalkozó Jane Lin tartotta fenn, Lee ez idő alatt különböző filmekből, darabokból merített ihletet, s forgatókönyveket írt.
1992-ben debütált rendezőként a Lökő kezek című filmmel, amely a különböző kultúrában élők kommunikációs nehézségeit és generációs különbségeit vizsgálta. Az esküvői bankett című 1993-as filmje hozta meg számára a nemzetközi elismerést és a berlini filmfesztivál Arany Medvéjét: az alkotás egy fiatal homoszexuális férfi álesküvője körül bonyolódik.
Harmadik filmje, az 1994-es Étel, ital, férfi, nő után alig egy évvel már a hollywoodi filmgyártás főáramában mozgott. 1995-ben rendezte a Jane Austen regényén alapuló Értelem és érzelem című sztárparádés filmjét Emma Thompson (aki a film forgatókönyvírója is), Hugh Grant, Kate Winslet és Alan Rickman főszereplésével, amiért megkapta második Arany Medvéjét, a film pedig a legjobb drámának járó Golden Globe-díjat. Nagy elismerést váltott ki a Tigris és sárkány című harcművészeti alkotásával, amely 2000-ben csúcsokat döntött: 10 Oscar- és 14 BAFTA-jelöléséből többet valóra váltott, hazavihette többek között a legjobb idegen nyelvű (2018 óta legjobb nemzetközi) filmnek járó Oscar-szobrocskát. Ebben a kategóriában ez volt az első tajvani nyertes film.
A filmszakma egy része értetlenséggel fogadta következő vállalkozását, a Hulk című képregény megfilmesítését. Az Eric Bana címszereplésével forgatott sci-fi-akciófilm sokak szerint annak volt a jele, hogy Ang Lee-t végképp bedarálta a hollywoodi álomgyár gépezete, ám a rendező a következő alkotásaival alaposan rácáfolt erre. 2005-ben rukkolt elő a Jake Gyllenhaal és Heath Ledger főszereplésével készült Brokeback Mountain – Túl a barátságon című filmjével, amely nyolc Oscar-jelöléséből hármat váltott díjra, köztük a legjobb rendezőnek járót.
2007-ben mutatták be a mozik világszerte az Ellenséges vágyak című második világháborús kémtörténetét, amely Amerikában „csak 17 éven felülieknek” besorolást kapott nyíltan ábrázolt szexuális jelenetei miatt. (Kínában egy kilenc perccel megrövidített, a nagyközönségnek is elfogadható változatot mutattak be.) A film a 2007-es Velencei Filmfesztiválon megkapta a legjobb filmnek járó Arany Oroszlánt.
Következő nagy sikerét a 2012-ben készült Pi élete című filmjével aratta. Négy évig forgatta szülőföldjén, Tajvanon, a háromdimenziós produkció költségvetése 130 millió dollárra rúgott, de megérte: a lenyűgöző látványtechnikával készített filmért Ang Lee elnyerte a második legjobb rendezésért járó Oscar-szobrocskát. A díjátadó alkalmával nemzeti hősként ünnepelték Tajvanon.
2016-ban a New York-i Filmfesztiválon debütált a Billy Lynn hosszú, félidei sétája című iraki háborús drámája. A Ben Fountain regényéből készült alkotás a szokásos másodpercenként 24 képkockás sebesség helyett 120 kockással készült, amelyért sok kritikus élesen bírálta. Ezt követte 2019-ben a Will Smith főszereplésével készült Gemini Man, amelynek több jelenetét Budapesten vették fel. A 3D formátumban, 4K felbontásban, másodpercenként 120 kockával forgatott produkcióban a főszereplő a kormány bérgyilkosát játssza, váratlanul maga is célponttá válik, és saját maga fiatalabb klónjával kerül szembe.
2013-ban bejelentette, hogy dolgozik a sporttörténelemben csak manilai thrillerként elhíresült 1975-ös Joe Frazier és Muhammad Ali nehézsúlyú bajnoki címharcát feldolgozó alkotáson, azonban mind ez idáig nem kezdték meg a forgatást. A hírek szerint 2025-ben Bruce Lee-ről, a harcművészet legendás mesteréről forgat életrajzi filmet, amelyben a főszerepet egyik fia, Mason Lee alakítja majd.
Ang Lee az Oscar-, Golden Globe- és BAFTA-díj mellett számos egyéb elismerés birtokosa, többek között 2018-ban az Amerikai Rendezők Céhe (DGA) díjával ismerték el, 2021-ben a tajvani elnöktől vehetett át kulturális kitüntetést. Idén a japán „művészeti Nobelnek” tekintett Praemium Imperiale díj egyik kitüntetettje.
