長野県松本市出身。「スター・ウォーズ」や「未知との遭遇」に強く影響され、特撮の道を志す。阿佐ヶ谷美術専門学校卒業後、アニメーションやVFXを得意とする映像制作会社の白組に入社し、「大病人」（93）、「静かな生活」（95）でデジタル合成などを担当。00年「ジュブナイル」で監督デビューし、続く「Returner」（02）でもVFX満載の映像で注目を浴びる。 「ALWAYS 三丁目の夕日」（05）ではCGを駆使して昭和の町並みを見事に再現。同作は日本アカデミー賞で作品賞、監督賞を含む16部門を制覇し、続編「ALWAYS 続・三丁目の夕日」（07）、「ALWAYS 三丁目の夕日’64」（12）も大ヒットを収めた。そのほか「永遠の0」（13）、「寄生獣」2部作（14、15）、「アルキメデスの大戦」（19）など話題作、ヒット作を数多く発表。 「ゴジラ」生誕70周年記念作品となった「ゴジラ－1.0」（23）は、日本はもとよりアメリカでも歴代邦画実写作品の興行収入1位となるヒットを記録し、邦画初のアカデミー視覚効果賞を受賞するという快挙も成し遂げた。ほとんどの監督作品で脚本とVFXを兼任しており、「ゴジラ－1.0」のアカデミー視覚効果賞も自ら受賞。監督として同賞を受賞したのは「2001年宇宙の旅」のスタンリー・キューブリック以来2人目となった。 実写映画のほか、「STAND BY ME ドラえもん」（14）、「ルパン三世 THE FIRST」「ドラゴンクエスト　ユア・ストーリー」（ともに19）など3DCGアニメも手がける。