Watanabe syntyi Kiotossa. Liityttyään Japanilainen animaatiostudio Sunrise, hän valvoi episodi suunnan ja tarinankerrontaa lukuisia Sunrise anime, ja pian teki esikoisohjaus kuin co-johtaja hyvin vastaan Macross päivitys, Macross Plus. Hänen seuraava ponnistus, ja ensimmäinen täysi ohjaajahanke, oli 1998 sarja Cowboy Bebop, joka sai yleismaailmallista kiitosta ja pidetään monet yhtenä suurimmista anime sarja kaikkien aikojen. Sitä seurasi vuoden 2001 elokuva Knockin’ On Heaven ’ s Door. Tässä 2003, Watanabe ohjasi hänen ensimmäinen amerikkalainen tuotettu anime, lyhytelokuvat Kid ’s Story ja dekkari, molemmat osa Wachowskis’ Animatrix, antologia animoituja novelleja Matrix. Hänen seuraava ohjaustyönsä oli kriitikoiden ylistämä 2004 animesarja Samurai Champloo, joka aloitti lähetyksensä Fuji Televisionilla Japanissa 19. toukokuuta 2004.

Samurai Champloon julkaisun jälkeen Watanabe ohjasi Baby Blue-nimisen lyhytelokuvan, joka julkaistiin 7.heinäkuuta 2007 osana Antologiaelokuvaa Genius Party. Viime vuosina hän on toiminut aktiivisesti luovan musiikin tuottajana, valvoen vuoden 2004 elokuvaa Mind Game, vuoden 2008 Michiko & Hatchin, ja valvoen Tetsuwan Birdy: Decode-elokuvan 12.jakson storyboardeja. Tässä 2012, hän ohjasi anime-sarja Kids On the Slope (japanilainen nimi: Sakamichi no Apollon), coming-of-age tarina nuorista jazzmuusikoista, joka sai ensi-iltansa huhtikuussa 2012 Fuji TV: n Noitamina block.

vuonna 2009 ilmoitettiin, että Watanabe toimisi apulaistuottajana Cowboy bebopin tulevassa live-action-sovituksessa yhdessä Sunrisen henkilökunnan jäsenten Kenji Uchidan ja Keiko Nobumoton kanssa. Vuodesta 2014 projekti on tauolla. Ficzonen aikana Espanjan Granadassa kerrottiin, että Watanabe teki animestudio Bonesin kanssa yhteistyötä avaruuden tieteiskomediassa. BONES vahvisti myöhemmin studion tekevän yhteistyötä Watanaben kanssa, mutta ei vahvistanut sarjan genreä. Loppuvuodesta 2013 Space Dandyn alkuperäiset trailerit julkaistiin yleisölle. Dubattu versio ensiesitettiin Adult Swim sen Toonami lohko Tammikuuta 4, 2014 Yhdysvalloissa, tuntia ennen lentoa Japanissa. Hänet on usein rankattu Japanin parhaiden animaatio-ohjaajien joukkoon.

Watanabe on ohjannut anime-lyhytelokuvan Blade Runner Black Out 2022, joka julkaistiin vuonna 2017. 29. marraskuuta 2018 ilmoitettiin, että hän tulee olemaan Adult Swimille ja Crunchyrollille tuotetun Blade Runner: Black Lotus-animesarjan luova tuottaja.