Hokusai naît dans le quartier de Warigesui, district de Honjō (zone rurale encore connue sous le nom de Katsushika) à Edo, le 9^e mois de la 10^e année de la période Horeki (octobre-novembre, 1760) de parents inconnus. Il est adopté vers l'âge de trois ou quatre ans par une famille d'artisans. Son père adoptif, Nakajima Ise, est un fabricant de miroirs pour la cour du shogun. Hokusai, alors appelé Tokitanō, manifeste dès lors des aptitudes pour le dessin et de la curiosité pour la peinture.

En 1773-1774, il est en apprentissage dans un atelier de xylographie et en 1775 il grave lui-même les six dernières feuilles d'un roman humoristique de Sanchō. En 1778, il intègre l'atelier du maître Katsukawa Shunsho (1726- 1792), un peintre d'estampes ukiyo-e, spécialiste des portraits d'acteurs. C'est dans cet atelier que commence son travail d'artisan du dessin et de l'estampe aux revenus modestes. L'année suivante, il produit sous le nom de Katsukawa Shunrō une série de ces portraits très réussis. Il quitte cependant l’atelier à la mort du maître du fait de désaccord avec son successeur Shunko.

Hokusai connaît alors une période de grande pauvreté durant laquelle il étudie les techniques des écoles de Kano Yusen, Tsutsumi Torin et Sumiyoshi Naiki. Il subit aussi l’influence de l’art occidental et découvre la perspective grâce à un artiste japonais, Shiba Kokan, qui fréquente les Hollandais, seuls autorisés à amarrer à Nagasaki.

Vers 1794, il réintègre une école classique : le clan Tawaraya de la tradition Rimpa. En 1795, il illustre sous le nom de Sōri le recueil poétique Kyōka Edo no Murasaki qui lui vaut son premier succès. De 1796 à 1799 il produit un grand nombre d'albums et d’estampes en feuilles séparées appelées surimono. C'est à la même époque qu'il adopte pour la première fois le nom de Hokusai et se donne en 1800 le surnom de Gakyōjin Hokusai, « le Fou de dessin ». En 1804, il peint, dans la cour du temple d’Edo, au moyen d’un balai et d’un seau d’encre de Chine, un daruma géant de plus de 240 m² que l’on doit hisser jusqu’aux toits pour permettre à l’assistance de l’admirer. Il réitère cet exploit en 1817 à Nagoya.

En 1812, Hokusai commence à parcourir le pays, de l’ancienne capitale Kyōto à la ville nouvelle de Edo. Il s’arrête à Nagoya, où il rencontre Bokusen, un autre artiste. Suivant les conseils de ce dernier, il publie deux ans plus tard sa Manga : recueils de ses innombrables carnets de croquis, d’études originales et marginales. La publication de cette série de livres d’images s'étend jusqu'en 1834 et comprend douze volumes.

Âgé de soixante ans, Hokusai prend le nom de Iitsu pour signifier son passage dans un nouvel âge et s'adonne à cette période à l'illustration de livres.

1831 voit la parution d’une de ses œuvres majeures, la série d’estampes Fugaku Sanjūrokkei ou Trente-six vues du mont Fuji, qui lui vaut une reconnaissance mondiale. Il se sert alors du bleu de Prusse, introduit au Japon en 1829 et dont Kesai Eisen avait déjà tiré profit. Il produit dans la même période plusieurs séries d’estampes qui rompent toutes avec la tradition de l’ukiyo-e. C’est ainsi au début des années 1830 que voient le jour les séries des Cascades, des Ponts, des Oiseaux et des Fantômes (cette dernière interrompue à la fin de la cinquième planche).

Il quitte Edo fin 1834 pour passer une année à Suruga dans la péninsule de Miura au sud d’Edo et publie l’année suivante sa série Fugaku Hyakkei ou les Cent Vues du Mont Fuji, qui reprend au trait tout son travail sur le paysage.

Vers le milieu de 1836, il retourne à Edo alors que la capitale connaît l’année de la Grande Famine. Il survit grâce à la vente de ses œuvres contre un peu de nourriture et arrête sa série de Cent Poètes et Poèmes, commencée au début de l’année, à la vingt-septième planche.

En 1839, un incendie vient dévaster son atelier, emportant avec lui les travaux accumulés des dernières années. Les dix années qui suivent furent paisibles en matière de production. On raconte que, chaque matin, il s’efforçait de produire au moins un dessin, rituel auquel il s’adonna jusqu’à sa mort.

C'est en 1845 qu'il fait son dernier voyage à la rencontre d’un ami de la province de Shinano. Il exécute au cours de cette visite quelques peintures dans un temple.

Il meurt le 10 mai 1849 et ses cendres sont ensevelies au temple Keikiōji, dans le quartier populaire d’Asakusa, à Edo, où il avait passé la majeure partie de sa vie. Il laisse derrière lui une œuvre qui comprend 30 000 dessins.

Ses dernières paroles sont : « Encore cinq ans et je serais devenu un grand artiste. »