Tang Wei nació en Hangzhou, China, y se licenció en la prestigiosa Academia Central de Arte Dramático de Pekín.

Debutó en la gran pantalla en el drama de época Deseo, peligro (2007), de Ang Lee, con Tony Leung Chiu-Wai y Joan Chen, por el que ganó varios premios y fue nominada a Mejor Actriz Revelación en el Festival de Venecia.

También fue muy aclamada por su papel en Yut mun Hinneisi (Cruzando Hennessy) (2010), de Ivy Ho, por el que ganó el Premio Medio Cinematográfico de China a la Mejor Actriz.

Obtuvo una gran popularidad en Corea después de protagonizar el éxito Man-choo (Otoño tardío), la película coreana de mayor recaudación en China, dirigida por Kim Tae-yong, por la que fue galardonada con el Premio de las Artes Baeksang, el Premio de la Asociación de Críticos de Cine de Busan y el Premio de la Asociación Coreana de Críticos de Cine, convirtiéndose en la primera actriz extranjera en ganar los tres codiciados premios.

En 2011 trabajó en Ji su tian shi (Ángeles de la velocidad), del conocido director Jingle Ma.

En 2012 fue nominada al Premio a la Mejor Actriz en el Festival de Cine de Hong Kong por su papel en Dragón, de Peter Chan, con Donnie Yen y Takeshi Kaneshiro.

Hace poco ha protagonizado la taquillera comedia Bei Jing yu shang Xi Ya Tu (En busca de tu media naranja) y Huang jin shi dai (La era dorada), de Ann Hui.