Né le 5 janvier 1941 à Tōkyō, deuxième d'une famille de quatre garçons, sa petite enfance est marquée par un Japon dévasté par la Seconde Guerre mondiale. L'½uvre de Miyazaki en sera beaucoup inspirée. Son père, Katsuji Miyazaki, est alors directeur de Miyazaki Airplane, une entreprise qui produisait les gouvernes des Zero (avions de chasse japonais). La passion de Miyazaki pour les avions et le vol en général, thèmes omniprésents dans son ½uvre, viennent certainement de là. Fuyant la guerre, la famille Miyazaki déménage souvent en 1944 et 1945.
C'est pendant sa dernière année au lycée qu'il découvre le premier film d'animation japonais en couleurs, Le Serpent blanc, inspiré d'un conte populaire chinois. Pour le jeune Hayao ce fut une révélation ; il dit être tombé amoureux de l'héroïne, Pai-nyan, et avoir pleuré toute la nuit. Miyazaki commence sa carrière en avril 1963 comme intervalliste au studio Toei.
C'est à cette époque qu'il rencontre Akemi Ōta, également animatrice au studio, qui deviendra sa femme en octobre 1965 ; le jeune couple déménage alors à Higashi-Murama. L'année 1965 marque aussi le début d'une longue collaboration avec Takahata avec un premier projet commun, Hustle Punch. Lorsque Takahata commence à travailler sur le film Horus, prince du Soleil, Miyazaki, qui avait alors 22 ans, est volontaire pour rejoindre le projet, qu'il considère comme sa dernière chance de travailler sur un long métrage et d'arrêter les séries télévisées. Takahata, Miyazaki et Yasuo Otsuka se font la promesse de terminer ce projet, coûte que coûte. Le film, réussite artistique mais échec commercial, ne sortira finalement que le 21 juillet 1968.
Le couple Miyazaki donnera naissance à deux fils : Gorō et Keisuke. En 1971, Miyazaki quitte Toei et rejoint Isao Takahata et Yōichi Kotabe aux studios A-Pro. En juin 1973, le trio quitte A-Pro pour Zuiyo Pictures. En 1978, Miyazaki obtient chez Nippon Animation l'opportunité de passer à la réalisation. Il en résulte une série de 26 épisodes de 26 minutes chacun intitulée Conan, le fils du futur. En 1979, il rejoint la Tōkyō Movie Shinsha. La même année, sort son premier film en tant que réalisateur : Lupin III : Le Château de Cagliostro. Devenu depuis un classique, ce film représente une étape marquante dans la carrière de Miyazaki. Vers la même époque sort Nausicaä de la vallée du vent en version manga, grand succès et élu manga préferé des lecteurs d'Animage l'année suivante. En 1983, le projet de faire un long métrage des premiers volumes de Nausicaä est lancé. En novembre 1984 le film sort dans les salles japonaises ; on verra de longues files d'attente devant les cinémas du pays. Le succès de l'adaptation cinématographique de Nausicaä lui permet en 1985 de fonder le studio Ghibli, en compagnie d'Isao Takahata. Miyazaki entend dès lors se concentrer sur les longs métrages d'animation alors que le genre est essentiellement représenté au Japon par les séries et OAV. Il produit donc des films d'animation en nombre beaucoup plus restreint mais de grande qualité. Le premier projet du studio est le long métrage Laputa, le Château dans le Ciel, qui sortira en août 1986. La consécration attendra 1988 avec la sortie de Mon voisin Totoro. Le film connaîtra un tel succès au Japon qu'à l'heure actuelle, tous les Japonais connaissent le personnage éponyme qui est devenu l'emblème et mascotte du studio. En 1989 Kiki la petite sorcière, à l'héroïne portant toujours une longue robe noire de sorcière, est un véritable succès. Le studio sortira Porco Rosso en 1992. En 1994 sort Pompoko, grand succès dont les héros sont des petits animaux mi-raton laveur mi-blaireau endémiques au Japon, les tanuki. En 1995, On Your Mark, un clip musical au budget considérable est réalisé pour la chanson du même nom du célèbre groupe j-pop Chage and Aska. Il sera diffusé au Japon avec le film Si tu tends l'oreille de Yoshifumi Kondō. Le scénario est de Miyazaki, d'après un manga d'Aoi Hīragi, mais c'est le premier film du studio Ghibli qui n'est réalisé ni par Miyazaki, ni par Takahata. En 1996 survient un accord entre Disney et Studio Ghibli qui formera le groupe Disney-Tokuma, chargé de distribuer tous les longs-métrages Ghibli (excluant DVD) dans le monde. En 1997 sort Princesse Mononoké. Le film est considéré comme un chef-d'½uvre de l'animation et propulse la renommée de Miyazaki d'un niveau national au niveau mondial. En 2001, Miyazaki termine Le Voyage de Chihiro. Fin 2004, Le Château ambulant sort au Japon. En 2008 sort son dernier film d'animation : Ponyo sur la falaise, près de la mer.
