Fan Bingbing si diploma presso lo Shanghai Xie Jin Film and Television Art College, laureandosi poi alla Shanghai Theatre Academy.
Nel 1998 inizia la sua carriera da attrice interpretando il ruolo di Jin Suo nella serie televisiva cinese Huan zhu ge ge, adattamento di una serie di romanzi dello scrittore taiwanese Chiung Yao. In seguito recita in diverse serie televisive e in film come i wuxia Ngo ga yau yat chek hiu dung see (2002) e La spada e la rosa (2004), la commedia drammatica di Feng Xiaogang Shou ji (2003), Qing dian da sheng (2005), Battle of Wits (2006), Xin zhong you gui (2007) e Dou fo sin (2007).
Nel 2009 recita nel film Bodyguards and Assassins, per il quale riceve una nomination come miglior attrice non protagonista agli Hong Kong Film Awards. Nel 2010 ottiene invece il premio come miglior attrice al Tokyo International Film Festival per la sua interpretazione nel film Buddha Mountain. Nel 2013 interpreta Blink in X-Men - Giorni di un futuro passato, di Bryan Singer. Inoltre recita in alcune scene esclusive, girate in Cina, del film Iron Man 3. Le scene non appaiono nelle versioni occidentali del film, ma solo in quella cinese.
Nel 2016 partecipa a diverse produzioni cinesi e recita a fianco di Jackie Chan in Skiptrace - Missione Hong Kong, di Renny Harlin, e nel 2021 è nel cast del film Secret Team 355, dove recita al fianco di Jessica Chastain, Penelope Cruz, Diane Kruger e Lupita Nyong'o .