Nato a Tokyo, figlio di un'attrice giapponese e di un militare nippoamericano, Cary Hiroyuki Tagawa cresce in vari paesi degli Stati Uniti, fra il North Carolina, la Louisiana e il Texas. È negli anni liceali che capisce di voler seguire le orme materne, così segue un corso di recitazione e si iscrive alla University of Southern California, dove affinerà le sue arti drammatiche, ma troverà anche l'amore, diventando prestissimo padre di due figli, Calen e Brynne.

Massaggiatore per i giocatori di football
Assunto come massaggiatore per i giocatori di football per la University of Hawaii, dopo questo mestiere si butta in quello dell'interprete e debutta cinematograficamente nel film d'azione Risposta armata (1986) di Fred Olen Ray con David Carradine, Lee Van Cleef e Mako. Il suo ruolo è quello del pericoloso Toshi.

I telefilm e film tv
Gli anni Ottanta e Novanta sono intrisi di apparizioni nel piccolo schermo: McGyver (1987); Star Trek - The Next Generation (1987); Miami Vice (1987-1989); Moonlighting (1989) con Bruce Willis; Sei solo, agente Vincent (1989); Il ritorno di Missione Impossibile (1989); Due come noi (1990); In lotta per l'onore (1990); Non di questo mondo (1991); Baywatch (1992); Cibo per squali (1991); Renegade (1993); Sabrina - Vita da strega (1996); Nash Bridges (1996); Cybill (1996), Stargate SG-1 (1997) e NetForce (1999) con il mitico Kris Kristofferson.

Il mestiere del caratterista
Nel frattempo, trova posto anche nel cinema, in piccole parti come ne: L'ultimo imperatore (1987) di Bernardo Bertolucci con Peter O'Toole; I gemelli (1988) con la coppia Schwarzenegger-DeVito; Agente 007 - Vendetta privata (1989); Gli ultimi guerrieri (1989), Kickboxer 2 - The Road Back (1991); Resa dei conti a Little Tokyo (1991); Arma perfetta (1991); American me rabbia di vivere (1992); Cyborg - La vendetta (1992); Sol Levante (1993) con Sean Connery e Harvey Keitel; Mortal Kombat (1995); Il prezzo della vita (1994) con il grande Toshiro Mifune; White Tiger - Operazione Tigre (1996); The Phantom - Alla ricerca del teschio sacro (1996); Il casinò della paura (1997) con Dennis Hopper; La spia (1998); il bel Vampires (1998) di John Carpenter; Intrigo a Berlino (1998); Il ponte del dragone (1999) e La neve cade sui cedri (1999) con Max von Sydow. In ognuna di queste parti, Tagawa si mette in luce come un bravo caratterista ricco di sfaccettature e soprattutto incline ai ruoli negativi. Ruoli che ritrova ancora in telefilm e film tv come: Walker Texas Ranger (2000); la serie tv Hawaii (2004); Heroes (2007) e Beyond the break - Vite sull'onda (2009).

Krull ne Il pianeta delle scimmie
Poco sfruttato in L'arte della guerra (2000) e Pearl Harbor (2001) con Jon Voight dove gli viene affidato il ruolo del Comandante Minoru Genda, è invece splendido ne Planet of Apes - Il pianeta delle scimmie (2001) di Tim Burton che, accanto a Mark Wahlberg, Tim Roth e Paul Giamatti, gli regala il ruolo di Krull. Concludono la sua filmografia: il pessimo fantasy d'azione fumettistico Elektra (2005) con Terence Stamp, il melò Memorie di una geisha (2005) , lo stupido Balls of Fury (2007) con Christopher Walken e Hachiko - Il tuo migliore amico (2008) con Richard Gere. Nel 2011 torna con una coproduzione Usa-Giappone in Tekken, diretto da Dwight H. Little.