Randall Park débute sa carrière d’acteur au début des années 2000 avec plusieurs apparitions dans des séries télévisées comme The Office, House, New Girl, Veep, Les Experts et Community. Il obtient une notoriété accrue en incarnant Louis Huang, le père de famille dans la sitcom Fresh Off the Boat (2015-2020), inspirée de la vie du chef Eddie Huang et diffusée sur ABC pendant six saisons. Parallèlement, il participe à plusieurs productions comiques, notamment Dinner for Schmucks (2010), Il n'est jamais trop tard (2011), Cinq Ans de réflexion (2012) et Nos pires voisins (2014).
Au cinéma, Randall Park se distingue par son interprétation de Kim Jong-un dans L'Interview qui tue ! (2014) aux côtés de Seth Rogen et James Franco. Il enchaîne avec des rôles dans Crazy Amy (2015), Joyeux Bordel ! (2016), Larguées (2017), The Disaster Artist (2017) et Aquaman (2018), où il interprète le Dr. Stephen Shin. En 2018, il rejoint l’univers cinématographique Marvel dans Ant-Man et La Guêpe, où il incarne l’agent du FBI Jimmy Woo, un rôle qu’il reprend dans la série WandaVision (2021) sur Disney+.
En parallèle, il joue dans la comédie romantique Always Be My Maybe (2019) sur Netflix, dont il coécrit également le scénario, avant d’apparaître dans Séduis-moi si tu peux ! (2019), Lego Ninjago, le film (voix, 2017), Flora & Ulysses (2021) et la série Young Rock (2021-2023), où il interprète une version fictive de lui-même. En 2023, il réalise son premier long-métrage, Shortcomings, adaptation du roman graphique éponyme d’Adrian Tomine.