Watanabe föddes i Kyoto. Efter att ha gått med i den japanska animationsstudion Sunrise övervakade han avsnittets riktning och storyboards för många Sunrise-anime och gjorde snart sin regidebut som meddirektör för den väl mottagna Macross-uppdateringen, Macross Plus. Hans nästa ansträngning, och första fullständiga regissörsföretag, var 1998-serien Cowboy Bebop, som fick universellt beröm och anses av många vara en av de största anime-serierna genom tiderna. Det följdes av 2001-filmen Knockin ’on Heaven’ s Door. 2003 regisserade Watanabe sin första Amerikanskproducerade anime, kortfilmerna Kid ’s Story och en detektivhistoria, båda delar av Wachowskis’ Animatrix, en antologi av animerade noveller från matrisen. Hans nästa regiarbete var den kritikerrosade 2004 anime-serien Samurai Champloo som började sända på Fuji Television i Japan den 19 maj 2004.efter släppet av Samurai Champloo regisserade Watanabe en kortfilm som heter Baby Blue som släpptes den 7 juli 2007 som ett segment av antologifilmen Genius Party. Under de senaste åren har han varit aktiv som en kreativ musikproducent och övervakat 2004-filmen Mind Game, 2008-talet Michiko & Hatchin och övervakade storyboards för avsnitt 12 av Tetsuwan Birdy: Decode. 2012 regisserade han anime-serien Kids on the Slope (Japansk Titel: Sakamichi no Apollon), en berättelse om unga jazzmusiker som hade premiär i April 2012 på Fuji TV ’ s Noitamina block.

under 2009 tillkännagavs att Watanabe skulle arbeta som associerad producent på den kommande live-action-anpassningen av Cowboy Bebop, tillsammans med hans medarbetare från Sunrise Kenji Uchida och Keiko Nobumoto. Från och med 2014 är projektet i paus. Under FicZone i Granada, Spanien, rapporterades det att Watanabe samarbetade med anime studio BONES på en rymd science-fiction komedi. BONES bekräftade därefter att studion arbetade med Watanabe, men bekräftade inte seriens genre. I slutet av 2013 släpptes de ursprungliga släpvagnarna för Space Dandy till allmänheten. Den dubbade versionen hade premiär på Adult Swim på sitt Toonami-block den 4 januari 2014 i USA, timmar före sändning i Japan. Han rankas ofta bland Japans bästa animationsregissörer.

Watanabe regisserade anime – kortfilmen Blade Runner Black Out 2022, som släpptes 2017. Den 29 November 2018 tillkännagavs att han skulle vara kreativ producent av Blade Runner: Black Lotus, en anime-serie producerad för Adult Swim och Crunchyroll.