Bai nasce a Chengdu, nella Repubblica popolare cinese. Dopo la scuola media, Bai viene mandata a lavorare a Shuangliu, nella periferia di Chengdu. Non molto tempo dopo riesce a superare l’esame per entrare nell’esercito di liberazione popolare, diventando così un’artista soldato a Linzhi, Tibet. La sua principale funzione era l’intrattenimento all’interno del teatro. Per un po’ di tempo è stata anche infermiera nell’esercito.
Tre anni dopo viene congedata, ed entra nel teatro d’arte popolare di Chengdu, diventando un’attrice professionista. La sua performance nel film Yuequin and the Tiger attira l’attenzione del regista Teng Wengji, il quale le assegna il suo primo vero ruolo in un film, On the Beach (1985), nei panni di una ragazza di provincia che diventa operaia in una fabbrica. Negli anni successivi appare in molti altri film, come Suspended Sentence (缓期执行),Yueyue (月月), Tears in Suzhou (泪洒姑苏). Nel 1989 partecipa al festival del cinema di Mosca, grazie al suo ruolo nel film Arc Light (弧光) diretto dal regista Zhang Junzhao (张军钊)
Nel 1991 si trasferisce temporaneamente a New York per frequentare il corso di cinema alla New York University, come studentessa in visita, ma presto ottiene un visto speciale che le permette di rimanere negli Stati Uniti fino al 1999, anno in cui ottiene la cittadinanza statunitense. Nel 1994 recita nel cult movie Il corvo nei panni della mezza-amante/sorella dell’antagonista Top Dollar. Altre pellicole come Hu Guang e L’angolo rosso (1997) le danno non poca notorietà negli Stati Uniti ed in Asia. Nel 1998 appare nel video di Chris Isaak, Please.
Più tardi prende parte al film Anna and the King, con Jodie Foster. Per questo ruolo viene conosciuta in Thailandia con il nome del suo personaggio, Tubtim. Nel 2005 prende parte al film Star Wars: Episodio III – La vendetta dei Sith, ma la scena viene tagliata dopo la comparsa di alcune sue foto sul numero di giugno di Playboy. La scena è comunque presente nei contenuti speciali del DVD.
Nel 2007 l’attrice compare nell’episodio Straniero in terra straniera della serie televisiva Lost, dove veste i panni di Achara, una tatuatrice thailandese che seduce Jack Shephard.