Bai Ling commence à chanter dans une chorale durant sa période scolaire. À 14 ans, elle s’enrôle dans L’Armée de Libération Populaire et passe trois ans sur scène à divertir les soldats chinois installés au Tibet. Après son service, elle intègre une troupe dans un théâtre local de Pékin et attire l’attention du réalisateur Wen Zhao qui lui donne le rôle principal dans son film Wind and Moon of Mountain Village (1987), une sévère critique du système chinois durant la Révolution Culturelle.

En 1989, Bai Ling participe à la manifestation de la place Tien An Men. En 1991, elle quitte la Chine pour les États-Unis. Étudiante en cinéma à l’Université de New-York, elle tourne son premier film en langue anglaise en 1996 avec The Crow de Alex Proyas. Un an plus tard, elle attire l’attention du public et des critiques en donnant la réplique à Richard Gere dans le controversé Red Corner, où elle interprète une avocate chargée de défendre un américain accusé de meurtre en Chine. Sa prestation lui vaut plusieurs prix mais également des soucis avec le gouvernement chinois (le film est banni en Chine). Elle sera interdite de séjour dans son pays natal pendant plusieurs années. Parallèlement, elle devient de plus en plus connue à Hollywood en temps que mannequin et actrice, et livre de remarquables performances notamment dans Anna et le Roi (1989) pour lequel elle se rase le crâne.

Bai Ling alterne aujourd’hui, de grosses productions hollywoodiennes (Sky Captain et le Monde de Demain) voire françaises (Taxi 3) et des films plus intimistes comme les récents The Beautiful Country de Hans Petter Moland et She Hate Me de Spike Lee. Peu avant la déferlante Star Wars III, Bai Ling aura tourné son premier film de Hong Kong, Nouvelle Cuisine.