Graduat a la Universitat Imperial de Tòquio el 1942 i mobilitzat el mateix any, hi obtingué el doctorat el 1952.Professor a la Universitat d’Osaka el 1949, el 1952 s’incorporà a l’ Institute for Advanced Study in Princeton (EUA). El 1954 passà a l’Enrico Fermi Institut de la Universitat de Chicago, on desenvolupà la seva carrera científica i docent fins el 1991, en què es jubilà. Els seus estudis se centraren en la física de les partícules, i per les seves aportacions sobre la cromodinàmica quàntica, la ruptura espontània de la simetria en la física elemental de les partícules i la teoria de la unificació de les interaccions. Rebé, entre d’altres, el premi Robert Oppenheimer (1976), la Medalla Max Planck (1985), i els premis Wolf (1995), Benjamin Franklin (2005) i el Nobel de física (2008, compartit amb Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa).