Graduat el 1954 i doctorat el 1961 per la Universitat de Tòquio. Deixeble i col·laborador de Kenzo Tange, amb ell s’integrà en el grup que publicà Metabolism’60, conjunt de propostes tendents a un nou plantejament de l’urbanisme. Moltes d’aquestes propostes foren aplicades al pla de desenvolupament de Tòquio, del qual són coautors. El 1963 establí despatx propi i el 1964 fou nomenat catedràtic d’enginyeria urbana a la Universitat de Tòquio. El 1970 començà a distanciar-se de Tange i a definir un llenguatge propi, que pot inscriure’s dins l’arquitectura postmoderna. Entre les obres d’aquesta etapa es destaquen el Museu d’Art de Kitakyūshū (1972-74), el centre cívic de Tsukuba (1982) i la discoteca Palladium de Nova York (1983-84). És autor del projecte del Palau Sant Jordi per als Jocs Olímpics de Barcelona (1985), al qual seguí el Palau d’Esports de Palafolls (1990). Obres d’aquests anys són també el Museu d’Art Contemporani de Los Angeles (1981-86), el complex de la Torre de Mito (1986-90), a Ibaraki, i l’edifici Disney a Orlando, Florida (1987-91).
Amb els projectes de les Torres de Fukoaka (1989) i del Palau de Congressos de Kitakyūshū (1985-86) es produeix un trànsit cap a una major sobrietat formal, característica de projectes com el pavelló de Youboh-Kan, a Tayama (1989-91), el Museu d’Art Contemporani de Nagi (1991-94), els habitatges Nexus, a Fukuoka (1991) i els projectes del museu Domus, a la Corunya (1991-95, en col·laboració), el disseny de la pèrgola a l’entrada del CaixaForum de Barcelona (2002), el Centre Cultural de Shenzhen (2007), l’auditori de Tessalònica (2010), el Centre de Convencions de Qatar (2011), Ark Nova, un inflable dissenyat amb l’artista Anish Kapoor per portar a les zones del Japó afectades pel tsunami del 2011, i la torre Allianz, a Milà (2018).
Entre els nombrosos premis que han reconegut la seva obra sobresurten el premi de l’Institut d’Arquitectura del Japó (1970), la Medalla del Royal Institute of British Architects (1986), el Lleó d’Or de la Biennal d’Arquitectura de Venècia (1996) i el premi Pritzker (2019).