Obwohl in Japan geboren, wuchs Cary-Hiroyuki Tagawa in verschiedenen US-amerikanischen Städten auf. Durch seinen Vater, Angehöriger der US Army, musste die Familie oft umziehen. So lebte Tagawa in Fort Bragg (North Carolina), Fort Polk (Kalifornien) und Fort Hood (Texas). Zuletzt lebte die Familie im südlichen Kalifornien, wo Tagawa Student an der University of Southern California war und als Austauschstudent nach Japan ging.
Ab 1986 stand Tagawa, der als Jugendlicher im Schultheater zu sehen war, für zahlreiche Filme und Fernsehserien vor der Kamera. Dabei verkörperte er oft asiatische Schurken. Bekannt wurde Tagawa 1995 durch seine Rolle als Shang Tsung in Mortal Kombat (1995). 1999 verkörperte er im Film Fight of the dragon, in dem auch der schwedische Action-Star Dolph Lundgren mitspielte, den grausamen General Ruechang. Aber auch durch seine Rolle als Flottenadmiral Genda im 2001 produzierten Kriegsepos Pearl Harbor ist er einer breiten Masse bekannt.
2007 debütierte Tagawa als Filmproduzent mit dem Actionfilm Duel of Legends. 2012 ist er in der Web-Serie „Mortal Kombat Legacy“ wieder in der Rolle des Shang Tsung zu sehen.
