Nato a Nakaniikawa nel 1967, è un regista e animatore giapponese. Dopo la laurea al Kanazawa College of Art, dove studia pittura ad olio, viene assunto come animatore dalla Toei Animation, colosso dell' industria di animazione nipponica. Firma da animatore una lunga serie di lavori, tra cui diversi episodi cinematografici di Dragon Ball e della serie Sailor Moon, mentre esordisce alla regia nel 1999 con i primi due film dei Digimon. Avrebbe poi dovuto dirigere Il castello errante di Howl ma a causa di divergenze d' opinioni con lo staff dello Studio Ghibli lascia la produzione del film nelle sue fasi iniziali, finendo per essere sostituito dallo stesso Hayao Miyazaki. Nel 2006 esce il film che più lo farà conoscere al pubblico, La ragazza che saltava nel tempo, con il quale vince diversi premi, seguito tre anni dopo dal film Summer Wars, che ottiene ulteriori successi di critica e premi. Nel 2012 Hosoda decide di fondare la propria casa di animazione, lo Studio Chizu, per dedicarsi al progetto di Wolf Children, che diventerà il suo più grande successo. Nel 2015 dirige The Boy and the Beast, che ottiene critiche positive e diventa il maggiore successo del regista al box office giapponese.
Nel 2018 dirige Mirai, presentato in anteprima mondiale al Festival di Cannes, nella sezione Quinzaine des Réalisateurs. La pellicola ottiene un ottimo successo di critica e pubblico, venendo candidato al Premio Oscar come miglior film d'animazione e al Golden Globe come miglior film d'animazione.
Nel 2021 dirige Belle. È stato presentato ad Alice nella Città nella 15ª edizione della Festa del Cinema di Roma, dove Hosoda ha tenuto anche una Masterclass