Né en 1972 à Kofu au Japon. Après le baccalauréat il se met à travailler comme ouvrier de chantier et chauffeur routier, investissant ses économies pour réaliser des films avec ses amis comme acteurs. Durant 3 ans, à l’aide d’une caméra 8 mm, il passe tous ses week-ends pour réaliser son premier long-métrage Above the Clouds sorti en 2003. Grâce au prix obtenu par le film il tourne Off Highway 20 (2007) en 16 mm. En 2008 il décide de se lancer dans le projet Saudade (2011) situé à Kofu sa ville natale. Le film est financé grâce aux souscriptions de ses habitants et prend un an et demie pour sa réalisation qui a lieu les jours de repos de Katsuya Tomita, alors chauffeur de poids lourds. Il est invité au Festival international du film de Locarno et remporte la Montgolfière d’or au Festival des 3 continents de Nantes. Le film est présenté dans de nombreux festivals à travers le monde, dont 4 d’entre eux organisent une rétrospective des ses œuvres, notamment le Festival international du film de Jeonju. Il réunit au Japon 30.000 spectateurs ce qui en fait un succès commercial. En 2012, Tomita entame des allers-retours entre Bangkok et Tokyo pour préparer Bangkok Nites. Bangkok Nites est sélectionné en 2016 en compétition à Locarno et reçoit le prix du jury au festival Kinotayo en 2017 à Paris.
Une rétrospective des films de Katsuya Tomita est organisé en 2017 au Festival du Film de La Rochelle.
