Né à Ise (Japon), le 29 octobre 1935, Isao Takahata étudie la littérature française à l'Université de Tokyo. Il découvre ainsi les poèmes de Jacques Prévert, mais aussi son travail avec
Paul Grimault, par exemple sur le scénario de La Bergère et le ramoneur.
Dès 1959, il rejoint les studios d'animation Toei douga. En 1968, il réalise son premier long métrage,
Horus, prince du Soleil (sorti en France en 2004), en collaboration avec
Hayao Miyazaki. Ce film n'ayant pas obtenu le succès attendu, les producteurs privilégient alors la création télévisuelle plutôt que cinématographique. Depuis ce projet, Miyazaki et Takahata travaillent souvent ensemble, sur des films comme sur des séries TV (notamment la première série de Lupin III, plus connue en France sous le nom d'Edgar détective-cambrioleur).
Pour Takahata et Miyazaki, la trilogie de Heidi, Marco et Anne de Green Gables, réalisée entre 1974 et 1979, constitue un âge d'or, même si leur collaboration s'est terminée avec le dernier épisode. Leur amitié persiste néanmoins et la collaboration prend alors une nouvelle orientation : Miyazaki dirige et Takahata réalise. Cependant, au cours de la réalisation de Anne... la maison aux pignons verts, Miyazaki démissionne. Takahata aide alors Miyazaki à produire Conan le fils du futur pour le décharger. Pour lui renvoyer la pareille, Miyazaki invite alors Takahata à rejoindre le Studio Ghibli.
En 1981, Takahata dirige le long métrage Kié la petite peste qui reçoit un bon accueil et dure trois ans.
C'est en 1985 que Takahata devient l'un des deux réalisateurs du Studio Ghibli (avec Miyazaki) créé par la société Tokuma et dirigé par Toshio Suzuki. Il réalise son premier film pour ce studio, en 1988, avec
Le Tombeau des lucioles. Depuis lors, trois autres longs-métrages se sont succédé.
Contrairement à Miyazaki, Takahata ne dessine pas lui-même. Il se considère avant tout comme un réalisateur. Il réalise d'ailleurs un film en prise de vue réelle, L'Histoire du canal de Yanagawa, en 1987. Cette particularité lui permet de ne pas être attaché à un style de dessin en particulier et d'expérimenter différentes techniques. Mes voisins les Yamada est ainsi entièrement créé sur ordinateur afin d'obtenir un effet d'aquarelle difficile à obtenir sur celluloïd.
Le style des sujets traités par Takahata est très varié. Ainsi,
le Tombeau des lucioles est un drame de guerre plutôt réaliste, Pompoko tend vers le burlesque en présentant des tanuki qui tentent d'empêcher des humains de s'installer sur leurs terres. Le plus souvent, Isao Takahata s'inspire d'une oeuvre préexistante : le roman de Akiyuki Nosaka pour
Le Tombeau des lucioles et celui de Kenji Miyazawa pour Goshu le violoncelliste), ou encore de l'univers des mangas pour Souvenirs goutte à goutte ou Mes voisins les Yamada. Il peut également développer une idée originale, comme pour Pompoko (la guerre des tanuki).
Isao Takahata aurait quitté la structure du studio Ghibli après la réalisation de Mes voisins les Yamada, même s'il en est toujours salarié. Selon
Hayao Miyazaki lui-même, il y a peu de chance que ses prochains films soient produits par le studio.