La jeune Naomi, abandonnée par ses parents, fut élevée par sa grande-tante et son grand-oncle (cette famille adoptive sera le sujet de ses premiers documentaires). Elle étudia la photographie à l'École des Arts Visuels d'Ōsaka, dont elle obtint le diplôme en 1989, après avoir réalisé quelques courts métrages expérimentaux. Elle enseigna dans cette école pendant quatre ans2. Elle se maria en octobre 1997 avec le producteur Takenori Sento puis divorça en mars 2000.
Les premiers films de Naomi Kawase furent rapidement primés, d'abord au Japon, où elle obtint en 1993 le prix d'encouragement au Festival de l'Image de Tōkyō pour Dans ses bras et remporta la même année le prix de la presse FIPRESCI durant le Festival International du film Documentaire de Yamagata. Ensuite en Europe, où Suzaku, sa première longue fiction, obtint en 1997 la Caméra d'or à Cannes3 (première japonaise et plus jeune lauréate à obtenir ce prix) et un prix FIPRESCI à Rotterdam. Elle obtint de nouveau un prix FIPRESCI en 2000 au festival de Locarno (en Suisse) pour Les Lucioles, et Shara fut en compétition officielle à Cannes en 2003 (mais ne fut pas primé au cours de ce festival).
Elle obtint finalement le Grand prix lors du Festival de Cannes 2007 pour son film La Forêt de Mogari.
Ses réalisations, aux budgets relativement modestes, sont produites et distribuées par des indépendants (dont son ex-mari Takenori Sento) ou par des chaînes de télévision. La chaîne ARTE France, en particulier, a co-produit trois de ses documentaires (Dans ses bras, La Danse des souvenirs et Naissance et maternité), et il est arrivé que des chaînes japonaises (telles que NHK et TV Tokyo) participent.
Naomi Kawase a novélisé le film Suzaku et prépare une novélisation de son film Les Lucioles.
A l'automne 2010, elle présente son dernier long métrage Genpin, au Festival International de San Sebastian (du 17 au 25 septembre). Elle y recueille les confidences des femmes suivies par le médecin obstétricien YOSHIMURA Tadashi, qu'elle filme au plus près, caméra 16 mm à l'épaule.
Les Pyrénées sont décidément à l'honneur, puisque Genpin est projeté en avant-première nationale française, en présence de la réalisatrice, le lundi 27 septembre 2010 au cinéma d'art et essai Le Méliès (Pau), à l'occasion de la Quinzaine Cin'espaces "Paysage et Cinéma japonais".
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“ Kawase mystifie son monde et nous naviguons à cœur ouvert dans ce shintoïsme apaisant, écumant nos brisures afin de nous remettre à flot. ”— itachi31 décembre 2014
“ Problème Kawase : l'englobant est toujours très beau, gracieux, parfois un peu dur (poseur?), mais l'englobé, la narration, trop lâche... ”— Kikuchiyo26 mai 2014
“ L'eau, l'air, la vie. A trop souligner la beauté Kawase manque finalement d'un feu sacré qui emporterait totalement. Acteurs superbes. ”— ElmerHunter26 mai 2014