Katsuhiro Otomo est né en 1954 à Miyagi. A la fin de ses études, en 1973, il emménage à Tokyo. Il débute en fait dans l'illustration en 1971 aux éditions Kodansha et enchaîne une multitude de dessins, notamment pour un programme éducatif (You) de la chaîne de télévision NHK.

Après s'être livré en 1973 à l'adaptation libre de Mateo Falcone, roman de Prosper Mérimée, en une bande dessinée, Gun Report, il travaille pour le magazine Action où il dessine jusqu'en 1979 des histoires courtes dont l'une est à l'origine de Memories. Cette même année est celle de Fireball (1979), son premier manga d'envergure publié dans la revue Action Deluxe, et de Highwat Star (un recueil de courts récits) chez Futabasha.

Par la suite, il produit successivement Good Weather, Sayonara Nippon, Hansel et Gretel, Kibun wa mô sensô, Boogie Woogie Walz et surtout Dõmu (publié chez Futabasha en 1983), le manga qui l'a lancé au Japon. Ce dernier a été publié en 1991 aux éditions des Humanoïdes Associés sous le titre "Rêves d'enfants" et a été réédité en un volume, en 1997.

Dès 1982, Katsuhiro Otomo commence à publier dans Young Magazine l'oeuvre culte qui le fera découvrir au monde entier, Akira. En 1984, Kõdansha la réédite en plusieurs volumes, publiés chacun à 700 000 exemplaires.

Devenu un célèbre mangaka, l'auteur fonde son propre studio, M.A.S.H. Room, afin de soutenir le rythme de parution. Otomo s'essaye en toute logique à la réalisation d'anime.

En réalité, c'est en 1983 qu'Otomo fait ses débuts officieux dans l'animation. Il participe en effet à la réalisation du film Crusher aux côtés d'Akira Toriyama (Dragon Ball) et de Rumiko Takahashi (Ranma 1/2). Mais ses premières armes officielles, il les fait en compagnie de Rintaro (Kamui) sur le long métrage Armaggedon. Se découvrant en plus une passion pour l'animation, il enchaîne les projets de moindre envergure, notamment la supervision des OAV de Violence Jack, une oeuvre tirée des manga de Go Nagaï (Goldorak).

En 1987, il est à l'origine de deux films à sketches qui marquent aussi sa carrière. Il signe l'un des trois sketches de Manie-manie meikyu monogatari, Koji Chushi Meiri (Arrêtez le travail), ainsi que le début et la fin de Robot Carnival. En 1988, il se lance avec la même équipe dans l'adaptation d'Akira en un long métrage. Dès lors, les noms d'Otomo, Rintaro, Kawajiri (Ninja Scroll), Morimoto (réalisateur de Magnetic Rose) et Kawamori (Macross Plus) deviennent indissociables.

Otomo enchaîne par la suite l'écriture des scénarii de Roujin Z (1991) et de Mother Sarah (dessiné par Takumi Nagayasu), proposée dans Shukan Young Magazine (une revue éditée par Kodansha) et repris par Delcourt dès 1996.

Deux ans plus tard, pour ce même éditeur nippon, il conçoit Zed, une histoire indépendante coréalisée par Tai Okada et publiée en un recueil chez Glénat en 1997.

En 1995, il est à nouveau à l'origine d'un film à sketches: Memories où l'on retrouve les noms de Koji Morimoto (Magnetic Rose) et Tensai Okamura (Stink Bomb)

En 1997, Satoshi Kon (réalisateur) et Kawasaki (dessinateur) bénéficient de son talent et de sa renommée pour mener respectivement à leur terme Perfect Blue (sorti au Japon en 1998) et Spriggan, deux dessins animés qui, pour des raisons différentes, feront date dans l'histoire de l'animation.

En 1993, on lui proposa de travailler avec Alexandro Jodorowsky (scénariste) pour la Guerre de Mégamex, mais le projet reste toujours en suspens neuf ans plus tard.

Il ne reste pas moins que Katsuhiro Otomo est un des créateurs japonais le plus connu aujourd'hui en Occident.