Hizo su debut de dirección en largometrajes en 1998 con Xiu Xiu. Aclamada por la crítica estadounidenses, la revista Time calificó la película de "milagrosa", y el New York Daily News la definió como un "debut de dirección estelar". Xiu Xiu obtuvo siete Caballos de Oro (el equivalente al Oscar de Taipei) en las categorías de mejor película, mejor directora, mejor actor, mejor actriz, mejor guión adaptado, mejor canción y mejor música. Nominada al Oso de Oro en el Festival de Berlín, la película consiguió el premio Especial del Jurado en el Festival de París, así como el galardón al Mejor Largometraje Dramático en el Festival de Lauderdale.

Nacida en Shanghai, China, Chen fue seleccionada para el programa de formación de actores del Shanghai Film Studio en 1975. Su segunda película, Little Flower, le valió el premio como mejor actriz de China en 1980. Chen se trasladó a los Estados Unidos en 1981 para estudiar cinematografía, graduándose con honores en la California State University. Desde 1985 ha protagonizado películas como Reacción en Cadena; El Último Emperador, Peligrosamente Unidos; En Tierra peligrosa o El Cielo y la Tierra, además de la popular serie televisiva Twin Peaks, creada por David Lynch y Mark Frost. En 1993 regresó a su Shanghai natal y protagonizó Red rose, white rose, de Stanley Kwan, que le valdría el premio a la mejor actriz en Taiwan y el premio de la crítica cinematográfica de Hong Kong.

Actualmente vive en San Francisco con su marido Peter Hui.