1941년, 일제시대 경기도 경성부(현 서울특별시)에서 태어났다. 중학생 때 까지는 일본 나가노현에서 살고 도쿄도 히비가야고등학교를 졸업한 뒤, 도쿄대학 공학부 건축학과를 졸업했다.

2006년에 영국 왕립 건축가 협회에서 골드 메달을 수상하는 등 세계에서 중요한 건축가 중 한 사람으로 간주되고 있다. 또한, 디자인 건축을 위한 가구 디자인도 실시하고 있다. 건축가를 많이 배출하는 교육자로서도 높은 평가를 얻고 있다. 2010년에는 에히메현 이마바리시 오미시마정에 이마바리시 이토 도요오 건축박물관을 설치하였다.

도호쿠대학, 도쿄대학, 타마미술대학, 고베예술공과대학 객원교수를 역임. RIBA금메달, UIA금메달、일본건축학회상 작품상 2번, 굿 디자인 대상 등을 수상했고, 2013년에는 프리츠커상을 수상했다.