Watanabe werd geboren in Kyoto. Nadat hij lid werd van de Japanse animatiestudio Sunrise, begeleidde hij de afleverrichting en storyboards van talrijke Sunrise anime, en maakte al snel zijn regiedebuut als co-regisseur van de goed ontvangen Macross update, Macross Plus. Zijn volgende poging, en de eerste volledige regie onderneming, was de 1998 serie Cowboy Bebop, die universele lof ontvangen en wordt door velen beschouwd als een van de grootste anime-serie aller tijden. In 2001 verscheen de film Knockin ‘on Heaven’ s Door. In 2003 regisseerde Watanabe zijn eerste in Amerika geproduceerde anime, de korte films Kid ’s Story en A Detective Story, beide onderdeel van The Wachowskis’ The Animatrix, een bloemlezing van geanimeerde korte verhalen uit The Matrix. Zijn volgende regie was de veelgeprezen 2004 anime serie Samurai Champloo, die begon uit te zenden op Fuji Television in Japan op mei 19, 2004.na de release van Samurai Champloo regisseerde Watanabe een korte film genaamd Baby Blue, die werd uitgebracht op 7 juli 2007 als onderdeel van de bloemlezing film Genius Party. In de afgelopen jaren is hij actief geweest als een creatieve muziekproducent, als supervisor van de film Mind Game uit 2004, Michiko & Hatchin uit 2008, en als supervisor van de storyboards voor aflevering 12 van Tetsuwan Birdy: Decode. In 2012 regisseerde hij de anime-serie Kids on the Slope (Japanse titel: Sakamichi no Apollon), een coming-of-age verhaal over jonge jazzmuzikanten, die in April 2012 in première ging op Fuji TV ‘ s Noitamina block.in 2009 werd aangekondigd dat Watanabe zou werken als associate producer aan de komende live-action aanpassing van Cowboy Bebop, samen met zijn collega Sunrise stafleden Kenji Uchida en Keiko Nobumoto. Vanaf 2014 is het project stilgelegd. Tijdens Ficzone in Granada, Spanje, werd gemeld dat Watanabe werkte samen met anime studio BONES aan een ruimte science-fiction komedie. BONES bevestigde vervolgens dat de studio werkte met Watanabe, maar bevestigde het genre van de serie niet. Eind 2013 werden de originele trailers van Space Dandy vrijgegeven aan het publiek. De nagesynchroniseerde versie ging in première op Adult Swim op zijn Toonami block op 4 januari 2014 in de Verenigde Staten, uren voordat uitgezonden in Japan. Hij is vaak gerangschikt onder Japan ‘ s beste animatie regisseurs.

Watanabe regisseerde de anime korte film Blade Runner Black Out 2022, die werd uitgebracht in 2017. Op 29 November 2018 werd aangekondigd dat hij creatief producent zou worden van Blade Runner: Black Lotus, een anime-serie geproduceerd voor Adult Swim en Crunchyroll.