1988年、父親の勧めでテレビドラマ「3年B組金八先生III」のオーディションを受けたところ、合格し、タレント・俳優としてデビューしました。
1990年、「バタアシ金魚」にて脇役として映画デビューを果たし、1996年には「Helpless」で映画初主演。

その後、日本以外でも活躍の幅を広げています。

＜映画＞
孔雀 Away With Words（1999年）
地球で最後のふたり Last Life in the Universe（2003年）
wkw/tk/[email protected]/7’55”hk.net（英語版）
インビジブル・ウェーブ（英語版） タイ語: คำพิพากษาของมหาสมุทร （2007年）
モンゴル Монгол（2007年）
マイティ・ソー Thor （2011年）

バトルシップ Battleship （2012年）
47RONIN 47 Ronin （2013年）
マイティ・ソー/ダーク・ワールド Thor: The Dark World （2013年）
The Wasted Times 中国語: 罗曼蒂克消亡史 （2016年）
沈黙 -サイレンス- Silence （2016年）
マイティ・ソー バトルロイヤル Thor: Ragnarok （2017年）
アウトサイダー The:outsider (2017年)

芥川比呂志演出による演劇集団 円公演「夜叉ヶ池」を観劇して感銘を受け、翌年に同劇団附属の研究所に入所したという渡辺謙さん。
1982年、演劇集団 円の劇団員に昇格し「未知なる反乱」でテレビデビュー。
1984年には「瀬戸内少年野球団」にて映画デビューも果たします。

また、1987年（昭和62年）のNHK大河ドラマ「独眼竜政宗」では主役である伊達政宗役を演じ、同ドラマは視聴率39.7%を記録する大人気作となり、渡辺さん自身も一躍スターダムにのし上がりました。

以後日本のみならず、海外でもさまざまな作品に出演しています。

＜映画＞
ラストサムライ The Last Samurai（2003年）

バットマン ビギンズ Batman Begins（2005年）
SAYURI Memoirs of a Geisha（2005年）
硫黄島からの手紙 Letters from Iwo Jima（2006年）
ダレン・シャン（2009年 / 2010年日本公開）
シャンハイ Shanghai（2010年）
インセプション Inception（2010年）
GODZILLA ゴジラ Godzilla（2014年）
トランスフォーマー/ロストエイジ Transformers: Age of Extinction（2014年）
追憶の森 The Sea of Trees（2016年）

日本で生まれたものの、6歳の時にはロサンゼルスに移り住んだというマシ・オカさん。
ほとんどの時間をアメリカで過ごしているため、メディアに日系アメリカ人俳優として紹介されることも多いものの、日本国籍を持っているためアメリカ人ではないことを明かしています。

2006年9月に放送が始まったテレビドラマ「HEROES/ヒーローズ」にてヒロ・ナカムラ役で出演し、人気を博しました。

以後、さまざまな作品に出演しています。