D'origine irlandaise et polonaise par son père, et vietnamienne par sa mère, Maggie Q a été élevée à Hawaï avant de devenir mannequin à Tokyo, à l'âge de dix-sept ans. Elle s'installe à Hong Kong après une tentative infructueuse de faire carrière à Taipei.
En 1998 elle fait ses débuts à la télévision, dans House of the Dragon, un téléfilm qui connaît un grand succès en Asie. Deux ans plus tard, en 2000, elle est à l'affiche du film d'horreur Model from Hell et du film d'action Gen-Y Cops. Elle se fait alors remarquer par Jackie Chan qui lui offre un rôle dans Rush Hour 2.
En 2002, elle interprète une tueuse dans Naked Weapon, elle qui n'avait jamais fait d'art martiaux avant d'arriver en Chine.
En 2006, elle obtient un rôle de premier plan dans le blockbuster Mission: Impossible III, faux côtés de Tom Cruise, puis l'année suivante, elle incarne la mortelle Mai dans Die Hard 4: Retour en enfer, où elle affronte Bruce Willis.
En 2008, elle joue son premier rôle en costume traditionnel dans Les 3 Royaumes: la résurrection du dragon. La même année, elle fait face à Hugh Jackman et Ewan McGregor dans Manipulation.
En 2010, elle est engagée pour tenir le premier rôle de la série T.V. Nikita.