Inconditionnel de bandes dessinées, il trouve très tôt sa vocation. A l'université de Tokyo, il suit des cours d'économie mais ne renonce pas pour autant à son rêve. Il profite du temps libre que lui laisse ses études pour parfaire son coup de crayon et perfectionner une technique qui ne tarde pas le faire remarquer du studio d'animation Tôei, la référence nippone en la matière à l'époque. Il y entre en tant qu'intervalliste en 1963. Il y fait la connaissance de Yasuo Otsuka et Isao Takahata, deux personnalités importantes de l'animation. Les trois hommes travaillent ensemble au premier long métrage de Takahata, Les Aventures de Hols, prince du soleil (1968).

Mais la politique du studio entre rapidement en contradiction avec les ambitions de Takahata, qui invite Miyazaki à le rejoindre dès 1969 chez A Production, le concurrent direct de Tôei. Au sein de cette structure, ils signent quelques courts métrages. Pour le compte d'un autre studio, la Société Nippon Animation, ils développent un projet d'envergure, Heidi (1974), l'un des premiers feuilletons animés. En 1978, Miyazaki s'attelle, avec l'aide d'Otsuka, à sa première réalisation, la série télévisée d'animation Conan, le fils du futur, unanimement salué comme une réussite du genre. A la faveur d'un nouveau changement de studio, Miyazaki réalise son premier long métrage, Le Chateau de Cagliostro (1979).

Après quelques projets inaboutis, Miyazaki décide de se consacrer à la bande dessinée et élabore l'épopée à épisodes Nausicaä de la vallée du vent. C'est par ce biais que le cinéaste revient en force dans le monde de l'animation. Il porte à l'écran sa propre bande dessinée et fait l'unanimité avec Nausicaä de la vallée du vent en 1984. Le succès du film est tel qu'il permet à Takahata et Miyazaki de fonder leurs propres studios. Ghibli est né. Entièrement dévolus à l'animation de qualité, les studios Ghibli conjuguent exigence et succès public. Les deux associés enchaînent alors les projets, notamment Laputa, le château dans le ciel (d'après Les Voyages de Gulliver) en 1986, le réaliste et nostalgique Mon voisin Totoro (Miyazaki y évoque ses souvenirs et décrit le Japon de l'après-guerre) en 1988, ou encore la fable porcine Porco Rosso (1992).

En 1997, le réalisateur s'attaque à Princesse Mononoké, une fable épique où il reconnaît les influences conjuguées de Akira Kurosawa (La Forteresse cachée) et de Kenji Mizoguchi (Les Contes de la lune vague après la pluie). Alors qu'il avait menacé de mettre un terme à sa carrière, il poursuit finalement sur sa lancée et réalise Le Voyage de Chihiro. Le film lui vaut cette fois une véritable reconnaissance internationale puisqu'il remporte l'Oscar du meilleur film d'animation ainsi que l'Ours d'Or au Festival de Berlin en 2002.

Parallèlement Miyazaki inaugure un musée à la gloire de l'animation : le musée Ghibli à Mitaka, au Japon. Il ne délaisse pas les planches à dessin pour autant et s'attelle à la réalisation du Le Château ambulant, inspiré d'un roman de Diana Wynne Jones. Il opère ensuite un virage dans sa carrière avec son Ponyo sur la falaise. Avant tout destiné aux enfants, le film se distingue grâce à une animation plus simple et des dessins aux couleurs pastelles. Des partis pris qui ne l'empêchent pas de réunir une nouvelle fois plus de dix millions de spectateurs au Japon.