Pen-Ek 1977-85 yılları arasında New York'taki Pratt Enstitüsü'nde eğitim gördü ve Designframe'de serbest illüstratör ve tasarımcı olarak çalıştı. 1993 yılında Bangkok'taki Film Factory'de çalışmaya başladı ve burada Wisit Sasanatieng ile birlikte çalıştı. Film Factory'de Pen-Ek, Clairol kepek önleyici şampuan reklamı "Dance" ile 1997 Cannes Lion Ödülleri'nde bronz madalya da dahil olmak üzere çok sayıda ödül kazandığı çeşitli televizyon reklamları yaptı.

İlk uzun metrajlı filmi Fun Bar Karaoke'yi 1997'de çekti. Film, babası bir mafya babasının sevgilisi olan bir konsomatris kıza aşık olan Pu adlı genç bir kadının öyküsünü anlatır. Noi (Ray McDonald) adında bir tetikçi babayı öldürmek için görevlendirilir ve Pu sonunda Noi'ye aşık olur. Far Bar Karaoke, Berlin Film Festivali'ndeki dünya prömiyerinin ardından birçok film festivalinde gösterildi.

Pen-Ek'in ikinci filmi Ruang Talok 69 (6ixtynin9) ise bir başka suç komedisi. Filmde genç bir kadın (Lalita Panyopas) yanlışlıkla kapısına bırakılmış içi para dolu bir hazır erişte kutusu bulur ve bazı gangsterlerle ters düşer. Film 1999 yılında 73. Akademi Ödülleri'nde Tayland'ın En İyi Yabancı Film dalındaki adayıydı. Ayrıca Rotterdam Film Festivali ve diğer festivallerde de gösterildi.

Üçüncü filmi Monrak Transistor (Transistor Aşk Hikayesi), sevgilisiyle (Siriyakorn Pukkavesh) evlenen Pan (Supakorn Kitsuwon) adlı genç bir adamın askere alınması ve ardından şarkıcı olma hayallerinin peşinden izinsiz gitmesini konu alan acı tatlı bir Tayland country müzik aşk hikayesidir. Filmin prömiyeri 2002 Cannes Film Festivali'nin Director's Fortnight etkinliğinde yapıldı. Ayrıca Tayland tarafından 75. Akademi Ödülleri'ne de sunuldu.

Pen-Ek, yönetmen Nonzee Nimibutr'un 2003 yapımı OK Baytong filminde kurgucu olarak görev yaptı ve Wisit Sasanatiang'ın 2004 yapımı Citizen Dog filminde anlatıcıydı. Pen-Ek, 2004 yılında Tayland Kültür Bakanlığı Çağdaş Sanat ve Kültür Ofisi tarafından verilen Silpathorn Ödülü'nü alan sanatçılar arasında yer aldı. Ödül her yıl çağdaş sanatçılara verilmektedir.

Dördüncü filmi Evrendeki Son Yaşam için yazar Prabda Yoon, görüntü yönetmeni Christopher Doyle ve Japon aktör Tadanobu Asano ile bir araya geldi. Asano, Tayland'da yakuzadan kaçan bir Japon'u canlandırıyor. Filmde ayrıca Japon yönetmen Takashi Miike de küçük bir rolde yakuza olarak yer alıyor. Rotterdam festivalinde yarışma için seçilen film, Venedik Uluslararası Film Festivali'nde Asano'ya en iyi erkek oyuncu ödülünü kazandırdı ve Tayland'ın 2003 Akademi Ödülleri'ne başvurusu oldu.

Pen-Ek, Makao'da bir cinayet işleyip Tayland'a kaçan Japon bir aşçıyı konu alan Invisible Waves'te Prabda, Doyle ve Asano ile tekrar çalıştı. Filmde ayrıca Hong Konglu aktör Eric Tsang ve Koreli aktris Kang Hye-jung da rol alıyor. Film, dünya prömiyerini yaptığı 2006 Berlin Film Festivali'nde yarışma için seçildi. Görünmez Dalgalar aynı zamanda 2006 Bangkok Uluslararası Film Festivali'nin de açılış filmi oldu ve burada da yarışmaya katıldı.

Pen-Ek, 2006 Jeonju Uluslararası Film Festivali'nde Üç Yönetmenin Dijital Kısa Filmleri projesinde yer almak üzere seçildi. Bir havaalanı terminalinin diğer tarafında gördüğü bir kadına aşık olan ve 12 saat 20 dakikalık bir havayolu uçuşu boyunca onunla ilgili fanteziler kuran genç bir adam (Ananda Everingham) hakkında Twelve Twenty adlı kısa filmi yönetti. Christopher Doyle görüntü yönetmenliğini üstlendi ve filmde pilot olarak da yer aldı. Projede yer alan diğer film yapımcıları Singapur'dan Eric Khoo ve Kazakistan'dan Darezhan Omirbayev.

Ayrıca 2006 yılında Pen-Ek, Bangkok'ta yükseltilmiş bir otoyolun altındaki beton bir sahada maçlar yapan amatör bir futbol ligi hakkında Total Bangkok adlı kısa bir belgesel yönetti. 21 dakikalık filmin sponsorluğunu Nike üstlendi. Pen-Ek hayatı boyunca bir futbol hayranı olmuştur.

Pen-Ek daha sonra, finansman sağlamak amacıyla 2006 Pusan Uluslararası Film Festivali'nin Pusan Tanıtım Projesi'ne sunduğu Ploy ile senaryo yazarlığına geri döndü. Film 2007 Cannes Film Festivali'nde Director's Fortnight bölümünde gösterildi. Ruang Talok 69'da rol alan Lalita Panyopas oyuncu kadrosuna liderlik etmek üzere geri döndü ve kocasının genç bir kızla arkadaş olmasının ardından kıskanç ve öfkeli bir kadını canlandırdı.

Ananda Everingham ve Porntip Papanai'nin de rol aldığı film, seks sahneleri nedeniyle Tayland'da sansüre uğramıştı. Pen-Ek filmin Tayland'daki gösterimi için özel bir Tayland baskısı hazırladı. Ploy, 2007 Bangkok Uluslararası Film Festivali, Osian's Cinefan Asya ve Arap Sineması Festivali (FIPRESCI ödülünü kazandı), 2007 Toronto Uluslararası Film Festivali ve San Sebastián Uluslararası Film Festivali de dahil olmak üzere birçok film festivalinde gösterildi.

Pen-Ek 2007 yılında, Kültür Bakanlığı Çağdaş Sanat ve Kültür Ofisi tarafından Kral Bhumibol Adulyadej onuruna düzenlenen Kral Majestelerinin 80. Doğum Yıldönümü Kutlamaları Anısına Kısa Filmler Projesi için bir bölüm yönetti. Projede aralarında Silpathorn Ödülü sahibi Wisit Sasanatieng ve Apichatpong Weerasethakul ile usta sinemacı Bhandit Rittakol'un da bulunduğu 10 yönetmenin dokuz filmi yer aldı.

Siang Sawan (Aydınlık Ses) adlı bölümü için Pen-Ek, kör piyanist Sila Namthao ile röportaj yapmayı seçti ve müzisyenin kral tarafından bestelenen bazı şarkıları seslendirmesine ve ilham kaynakları ve hayatı hakkında konuşmasına izin verdi. Pen-Ek verdiği bir röportajda, "Kralı hakkında bir film yapacak kadar iyi tanımıyoruz, bu yüzden bu daha çok birinin kraliyet ziyaretinde ona vereceği bir hediye gibi" dedi. "Eğer herkes kör olsaydı, belki de arzularımız daha az ve daha basit olurdu. Bu, kralın yeterlilik teorisinin yankılarını taşıyor ve umarım film bunu izleyiciye ulaştırır" dedi.

Ayrıca 2007 yılında Pen-Ek, Toronto Reel Asya Uluslararası Film Festivali tarafından Total Bangkok ve Twelve Twenty adlı iki kısa filminin yanı sıra reklam filmlerinden oluşan bir koleksiyonu Total Pen-Ek adlı bir programda sunmak üzere davet edildi.

2011 yapımı filmi Headshot, 85. Akademi Ödülleri'nde Yabancı Dilde En İyi Oscar için Tayland'ın adayı olarak seçildi, ancak final listesine giremedi.