Christopher McQuarrie è nato e cresciuto a Princeton Junction, New Jersey, dove ha frequentato la West Windsor-Plainsboro High School South insieme al regista Bryan Singer e l'attore Ethan Hawke. McQuarrie ha iniziato a lavorare come assistente in una scuola elementare di Perth, nell'Australia occidentale e in seguito ha girato mezzo continente in autostop. Tornato negli Stati Uniti, ha lavorato per un'agenzia investigativa nel New Jersey nei successivi quattro anni. Nel 1992 voleva entrare nell'Accademia di Polizia, quando il suo ex compagno di scuola Singer gli ha offerto l'opportunità di scrivere il loro primo film a soggetto: Public Access, vincitore del Premio della Giuria al Sundance Film Festival 1993.
Singer e McQuarrie hanno collaborato di nuovo nel 1995 nel film The Usual Suspects (I soliti sospetti) che è valso a McQuarrie un premio Oscar per la Migliore Sceneggiatura e numerosi riconoscimenti da parte di Premiere, The Texas Board of Review; lo scrittore ha ricevuto il Chicago Critics Award, l'Edgar Award, l'Independent Spirit Award, l'Oscar inglese. Il film fa parte dei 100 Migliori Film selezionati dal New York Times e il personaggio di Verbal Kint è considerato da AFI uno dei "100 personaggi più interessanti di tutti i tempi". Nel 2006, il Writers Guild of America ha inserito The Usual Suspects nella lista delle 101 Migliori Sceneggiature.
McQuarrie ha riscritto alcuni film per gli studios (come X-Men di Singer), ha sviluppato una sceneggiatura su Alessandro Magno, scritta insieme a Peter Buchman, per Martin Scorsese e Leonardo DiCaprio. (Scorsese e DiCaprio hanno scelto di fare The Aviator e quindi è stato Oliver Stone a produrre la versione di Alexander.)
McQuarrie ha inoltre scritto e diretto The Way of the Gun (Le vie della violenza), e recentemente ha sviluppato un copione insieme allo scrittore Dylan Kussman sulla vita di John Wilkes Booth e The Last Mission con lo scrittore Nathan Alexander: il testo parla delle strazianti ultime ore della Seconda Guerra Mondiale nel Pacifico. Ha scritto (insieme a Nathan Alexander) e prodotto Valkyrie (Operazione Valchiria) diretto da Bryan Singer.
Futuri progetti di McQuarrie comprendono Champions, Wolverine II e The Monster of Florence. La sua seconda regia cinematografica arriva invece nel 2012 con Jack Reacher - La prova decisiva.
L'anno seguente collabora con Singer nella sceneggiatura de Il cacciatore di giganti, e nel 2014 a quella di Edge of Tomorrow - Senza domani, per la quale viene candidato a un Saturn Award.
Nel 2015 dirige nuovamente Cruise in Mission: Impossible - Rogue Nation, seguito poi da Mission: Impossible - Fallout (2018) e nel 2023 da Mission Impossible - Dead Reckoning. Inoltre nel 2022 scrive e produce Top Gun - Maverick.