En 1997, il coréalise avec Quentin Lee le film Shopping for Fangs, avec notamment John Cho. En 2002, il réalise son premier long-métrage en solo, Better Luck Tomorrow. Le film est assez bien perçu par la critique et lui ouvre les portes d'Hollywood[4].
Il livre trois différents longs métrages : en 2006, il livre le drame militaire Annapolis avec James Franco, Tyrese Gibson ou encore Jordana Brewster. Mais également le 3e volet de la saga Fast and Furious. Le projet est délicat : les deux têtes d'affiche des premiers opus ont refusé de revenir, et il faut donc trouver une bonne histoire. D'abord envisagé pour une sortie en DVD, le concept imaginant une action localisée dans le futur, au Japon, convainc la production qui le sort en salles. Intitulé Fast and Furious: Tokyo Drift, le film fonctionne correctement au box-office, à défaut de convaincre la critique.
En 2009, les studios Universal lui confient les rênes de Fast and Furious 4, quatrième opus marqué par la reformation du casting original, et dont l'action se situe cette fois à la suite du deuxième opus. Le box office est excellent, à défaut de convaincre encore la critique. Mais ce sera le cas pour Fast and Furious 5, sorti en 2011, qui combine énorme box-office mondial et excellente presse. De même pour Fast and Furious 6, gros succès de l'été 2013. Ce dernier opus reconnecte la trame principale avec le début de Fast and Furious: Tokyo Drift.
Il réalise les épisodes pilotes des séries mondialement connu S.W.A.T. et Magnum
Il revient dans la Saga Fast and Furious pour écrire et réaliser le neuvième opus sorti en 2021. Dans un premier temps engagé comme réalisateur pour le dixième épisodes, il quitte finalement le projet après une semaine de tournage pour des différents. Il reste cependant scénariste et producteur du film, sorti en 2023.