Urodził się w Ujiyamadzie (obecnie Ise) w 1935 roku, jako najmłodszy z siódemki rodzeństwa. Niespełna dziesięć lat później wraz z rodziną przeżył amerykańskie bombardowanie miasta Okayama - do tego doświadczenia powróci w swym najsłynniejszym filmie "
Grobowiec świetlików". W 1959 roku ukończył Uniwersytet Tokijski na kierunku literatury francuskiej. Zainteresowanie animacją rozbudził w nim seans filmu "
Król i ptak", aczkolwiek Isao bardziej pragnął zostać reżyserem i scenarzystą, niż samym animatorem.
Za namową przyjaciela zgłosił się do studia Toei, gdzie po egzaminie wstępnym zyskał posadę asystenta reżysera przy wielu serialach i filmach. Jego mentorem został
Yasuo Ōtsuka, pod okiem którego pracował przy "
Ōkami Shōnen Ken". W 1968 roku zadebiutował jako reżyser filmowy tytułem "
Taiyo no oji: Horusu no daiboken", gdzie głównym animatorem był
Hayao Miyazaki. Choć po latach film ten uznany został za jeden z pierwszych obrazów definiujących współczesną japońską animację, w czasie premiery okazał się finansową klapą i skutkował zawodową degradacją Takahaty.
Nie mogąc dalej rozwijać się w Toei, opuścił szeregi studia w 1971 roku, a w ślad za nim poszli także
Miyazaki i
Yōichi Kotabe. Takahata i
Miyazaki postanowili stworzyć animację na podstawie historii o Pippi Pończoszance. Swój pomysł rozwijali pod szyldem studia A Production. Polecieli też do Szwecji na spotkanie z autorką
Astrid Lindgren, jednak nie udało im się dojść do porozumienia i zyskać praw do ekranizacji. Powstałe przy tej okazji projekty i pomysły wykorzystywali w swoich późniejszych dziełach.
Panowie kontynuowali współpracę, przejmując pieczę nad produkcją serialu "
Rupan sansei". Stworzyli także krótkometrażowy "
Panda Kopanda". Wkrótce Takahata,
Miyazaki i
Kotabe otrzymali od studia Zuiyo Enterprise propozycję stworzenia serialu "
Heidi". Następnie wytwórnia zmieniła się w Nippon Animation, z którą Takahata pozostał na kolejne 10 lat, reżyserując m.in. "
Anię z Zielonego Wzgórza". Około 1981 roku przeszedł do studia Telecom Animation Film Co., Ltd., gdzie reżyserował "
Jarinko Chie". Pracował także z
Miyazakim nad "
Przygodami małego Nemo w krainie snów", jednak porzucili projekt przez nieporozumienia z amerykańską stroną produkcji.
W 1985 roku razem z
Miyazakim oraz producentem
Toshio Suzukim założyli własną wytwórnię o nazwie Studio Ghibli. Pod jego egidą wyreżyserował "
Grobowiec świetlików", który zapewnił wytwórni międzynarodową estymę, a także "
Powrót do marzeń", "
Szopy w natarciu", "
Rodzinkę Yamadów" oraz "
Księżniczkę Kaguyę" (nominacja do Oscara). Zmarł w 2018 roku po tym, jak zdiagnozowano u niego raka płuc.