Corea ha iniziato a suonare negli anni sessanta con il trombettista Blue Mitchell, e con alcuni grandi della musica latino-americana come Willie Bobo e Mongo Santamaria. Il primo album che lo vede come leader è Tones For Joan's Bones, nel 1966 in quintetto con Woody Shaw alla tromba e Steve Swallow al contrabbasso. Due anni dopo pubblica Now He Sings, Now He Sobs, entrato nella leggenda del jazz, in cui suona con Roy Haynes alla batteria e Miroslav Vitous al contrabbasso.
Verso la fine degli anni sessanta, si unisce al gruppo di Miles Davis e compare su album importanti, come In a Silent Way e Bitches Brew. Con questo gruppo sperimenta l'uso di strumenti elettronici, ed in particolare il Fender Rhodes.
All'inizio degli anni settanta, Corea intraprende alcuni progetti come leader. Tra il 1970 e il 1971, è attivo nel gruppo Circle, un complesso avant-jazz in cui militano Anthony Braxton, Dave Holland e Barry Altschul. Nel 1971 fonda un'altra band, Return to Forever. Le prime incisioni dei Return to Forever hanno un suono brillante, caratterizzato dalla voce di Flora Purim, dal piano elettrico Fender Rhodes e dal flauto. Durante gli anni settanta, il gruppo si sposta su sonorità più vicine alla musica rock. Nel 1974 il chitarrista Al Di Meola entra a far parte della band, e Corea intensifica l'uso dei sintetizzatori, in particolare il Moog e il Minimoog.
Verso la fine degli anni settanta, Corea inizia a collaborare con il vibrafonista Gary Burton, con il quale incide numerosi album.
Nel 1993 si aggiudica la Targa Tenco per la canzone Sicily, interpretata con Pino Daniele.
È stato fondatore e membro dei gruppi Chick Corea Elektric Band e Chick Corea Akoustic Band. Da questi gruppi sono emersi sulla scena nuovi talenti, quali: John Patitucci, Dave Weckl e Frank Gambale. Interessante anche il lavoro svolto con il progetto Touchstone e con musicisti come Avishai Cohen.
Una delle sue canzoni più famose è Spain. L'album Corea.Concerto ha vinto il premio Grammy come miglior arrangiamento strumentale (per "Spain for Sextet and Orchestra") nel 2001.
È anche un noto promotore di Scientology.
