El padre de Tadanobu Asano, un agente de actores, le sugirió que asumiera lo que se convirtió en su primer papel, en el programa de televisión Kimpachi Sensei, a la edad de diciseis años. Su debut en el cine fue con Bataashi kingyo (1990) y su primer gran éxito crítico fue en la pelicula para televisión Fried Dragon Fish de Shunji Iwai (1993). Su primer éxito crítico en occidente fue en Maboroshi (1995) de Hirokazu Koreeda. Internacionalmente, Asano ganó popularidad gracias a las películas de samurai Taboo (1999) y Zatoichi (2003). En 2007, interpretó al joven Genghis Khan en la película nominada al Oscar de Sergei Bodrov Mongol: The Rise of Genghis Khan. En 2016, apareció como el intérprete en Silence de Martin Scorsese. Una de sus participaciones más recordadas fue en la película de Marvel Studios Thor como el guerrero asgardiano Hogun, miembro de los Tres Guerreros y compañero de personaje titular. Repitió el papel en Thor: Un mundo oscuro (2013) y Thor: Ragnarok (2017). Se anunció que Asano aparecerá en Mortal Kombat (2021) como el personaje de Raiden.