Né en 1935, Isao Takahata fait ses études supérieures à l'université de Tôkyô et en sort diplômé de littérature française. Il cherche immédiatement à entrer dans le domaine de l'animation et intègre le studio Toei Doga en 1959. Le studio a à peine trois ans d'existence. Commençant avec des menus travaux en tant qu'assistant à la mise en scène sur des titres comme Anju to Zushiômaru (Anju et Zushiô-Maru) en 1961 et Wanpaku Ouji no Daija Taiji (Le prince-garnement terrasse la grande hydre) en 1963, il apprend son métier de réalisateur. Il s'occupe de quelques épisodes de Ookami Shounen Ken (Ken l'enfant loup) en 1963 mais ce n'est qu'en 1968, qu'il prend vraiment ce rôle à part entière, grâce à l'animateur vétéran Yasuo Ôtsuka qui le place à la mise en scène du film Horusu no Daibouken (Horus le prince du soleil). Dans ce film qui marque une étape importante dans l'animation japonaise, il dirige également deux animateurs takentueux Hayao Miyazaki et Yôichi Kobe. L'échec commercial du film lui interdit de renouveller l'expérience au sein de la Toei.

En 1971, il rejoint Ostuka qui a quitté la Toei pour le studio A Production. Il entraîne avec lui Miyazaki et Kobe et travaillent avec eux sur des productions pour les grands studios. Il s'occupe de la première série de Lupin III (Edgar le détective cambrioleur) et des petits films Panda Kopanda en 1972 et 1973. Il enchaîne avec des séries pour la Nippon Animation telles que Arupusu no Shoujo Haiji (Heidi) en 1974, Furandaasu no Inu (Un chien des Flandres) en 1975, puis Haha wo Tazunete Sanzen-ri (Marco) en 1976, ou encore Akage no Ann (Anne aux cheveux roux) en 1979. Parallèlement à ces travaux commerciaux, Isao Takahata a des projets plus artistiques avec Jarinko Chie (Chie la petite peste) et Serohiki no Goushu (Goshu le violoncelliste). Il finalise le premier en 1981 et le second en 1982, après six ans d'effort.

Miyazaki lui confie la production de Kaze no Tani no Nausishika (Nausicaä de la vallée du vent) en 1984 et celle de Tenku no Shirô Laputa (Le château dans le ciel) en 1986. Le succès des deux films permet la naissance des studios Ghibli, où Takahata peut enfin donner libre recours à ses inspirations artistiques. Il réalise le touchant Hotaru no Haka (Le tombeau des lucioles) en 1988, suivi de Omohide Poroporo (Only Yesterday) en 1989 puis Heisei Tanuki Gassen Pon Poko (Pompoko) en 1991. Son dernier long-métrage Houhokekyo Tonari no Yamada-kun (Mes voisins les Yamada), satire de la famille japonaise, date de 1999.