Тан Уей е единственото дете в семейство на театрална актриса и художник. В интервю тя обяснява, че като малка често пътува из страната и се научава да рисува, под влияние на родителите си. Тя завършва гимназия в родния си град Ханджоу през 1996 г, където учителите й я описват като „атлетична", „прилежна ученичка". В началото Тан Уей няма планове да става известна, мечтае да стане археолог или адвокат. Решава да навлезе в развлекателната индустрия, след като се занимава за известно време с мода през 97 г. Завършва централната академия за драматично изкуство през 2002 г. Кратко след дипломирането си, Тан среща режисьора Стан Лай по време на едно от пътешествията си в Китай. Той е впечатлен от актрисата и я препоръчва на няколко режисьори. Впоследствие актрисата започва да се появява в различни продукции с малки роли. Участва в телевизионни сериали през 2004, 2005 и 2006. През 2004 г участва в конкурса за красота Мис Вселена Китай.
През юли 2006 г., Тан е избрана сред повече от 10 хил. актриси за главната роля във филма на Анг Лий Lust, Caution (2007). В лентата й партнират Тони Лун, Джоан Чен и Уан Лихом. Тан се научава да говори на шанхайски диалект за ролята си. По-късно печели наградата за най-добър дебют на филмовите награди Златен кон. Номинирана е също за наградата Индипендънт Спирит и присъства на церемонията в Калифорния през 2008 г. Изпълнението й във филма я прави известна не само в Китай но и чужбина. През март същата година, Държавната администрация за радио, кино и телевизия налага медийна забрана върху Тан, причината е твърде изобразителните сексуални сцени във филма. След успеха на лентата обаче, Тан и родителите й получават жителство в Хонг Конг. Отначало е считана да участва във филма на Тиен Джуанджуан „Войнът" и „Вълк" но е заменена с Маги Кю. През февруари 2009, тя изчезва от филмовата сцена, и има слухове че за кратко е посещавала курсове по драма във Великобритания.
От ноември 2009 до март 2012 актрисата работи по филма „Късна есен" заедно с корейския актьор Хюн Бин и режисьора Ким Те-йон. Късна есен е заснет в Сиатъл, Вашингтон. В лентата от 2010 г Crossing Hennessy, една романтична драма в която си партнира с Джаки Чун, Тан играе ролята на сирака Ой Лин. За филма тя трябва да се научи да говори на кантонски диалект, и е доста успешна в опита си въпреки ограниченото време за снимки.
През септември 2010 г бе обявено че ще участва във филма „Основаването на партията". По-късно нейните сцени са изрязани, спекулациите за това са различни.
Талантливата актриса Тан Уей ще в новия филм на режисьорката Ан Хуей, описващ живота на трагичната китайска писателка живяла в началото на 20 век. Лентата носеща заглавието „Златния век" ще бъде биографичен филм за живота на Сяо Хун, родена през 1911 г. и починала едва на 30 годишна възраст. Сяо Хун, чието истинско име е Джан Найин, прекарва нещастно детството си, избягва от уреден брак, изоставена по време на бременността си и успява да се измъкне на косъм от това да бъде продадена в публичен дом. Когато започва да се занимава професионално с писане, е повлияна от много писатели като Лу Сюн и Мао Дун, както и американския новелист Ъптън Синклеър. Режисьорката Ан Хуей, която е известна с това че изобразява предимно женски образи във филмите си, планира да стартира снимките през януари 2013 г.
