Kunio Katō est né en 1977 dans la préfecture de Kagoshima au Japon. Il étudie les arts graphique à l'université de Beaux-Arts de Tama à Tokyo. D'abord spécialisé dans l'illustration, il s'oriente finalement vers le domaine de l'animation, après l'avoir découvert lors de sa troisième année d'études. En 2001, il rejoint le studio d'animation ROBOT où il réalise des animations publicitaires. Finalement, en 2003, il réalise son premier court-métrage.
En 2008, il réalise le court-métrage La maison en petits cubes, en collaboration avec le scénariste Kenya Hirata, pour lequel il est récompensé par l'Oscar du meilleur court métrage d'animation. La même année, il publie le livre illustré éponyme.