Már fiatal korában magánúton zongorázni tanult Noboru Toyomasunál. Miután befejezte a Seijo Junior iskolát, 16 évesen a Toho School of Music tagja lett. Amikor két ujja alkalmatlanná vált a zongorázásra, figyelme a karmesterségre és a zeneszerzésre fordult. Hideo Saiton mentorálása alatt néhány évvel később már első szimfonikus zenekarának, a Nippon Hosso Kyokainak karmestere lett 1954-ben.
Rövid időn belül került a Japán Filharmonikusok élére, majd négy évvel később 1958-ban első díjat nyert a Toho School of Musicnál zeneszerzőként és karmesterként. Párizsba költözött, majd 1959-ben első díjat kapott Besançonban. Az elismerés és Charles Munch hatására Tanglewoodban folytatta tanulmányait, ahol 1960-ban elnyerte a Koussevitzky-díjat, mint külföldi hallgató. Rövid idő múlva Berlinbe ment, Herbert von Karajan tanítványaként. Tanulmányai után Leonard Bernstein meghívta a New York-i Filharmonikusokhoz, a következő négy évet ott töltötte.
Az 1960-as években karrierje kiteljesedett, 1962-ben bemutatkozott a San Franciscó-i Szimfonikus Zenekarnál a Ravinia Fesztiválon. 1965-ben, miután elhagyta a New York-i Filharmonikusokat, a Ravinia Fesztivál művészeti igazgatója lett, ezzel egy időben betöltötte a Torontói Szimfonikus Zenakar művészeti igazgatói posztját is egészen 1969-ig. Ebben a periódusban igazgatta a Philadelphiai, valamint a Bostoni és a Japán Filharmonikus Zenekart is. 1970-ben a San Franciscó-i Szimfonikusok zenei igazgatója és a Berkshire Zenei Fesztivál zenei vezetője is lett. 1973-ban elnyerte a Bostoni Szimfonikusok zenei igazgatói posztját. 1976-ban Európában és Japánban turnézott a zenekarral.
2000-ben megalapította a Seiji Ozawa International Academy Switzerlandot, majd 2002-ben elhagyta a Bostoni Filharmonikusokat, és a Bécsi Operaház zenei igazgatója lett. A 2002-es Újévi koncertet már az ő vezényletével láthatta a világ. Számos fiatal tehetség tanult nála. Karmesterségére jellemző az energia, személyes varázs, a zenekart általában pálca nélkül dirigálja. Ozava 2010-ben nyelőcsőrák-műtéten esett át, aminek következtében felfüggesztette a vezénylést. A karmesteri pálcához 2013-ban a Macumotói Zenei Fesztiválon tért vissza. Ozava egész testével vezényel, az erőteljes mozgás következtében egy koncerten, egy hónappal nyolcvanadik születésnapja előtt, meg is sérült. A karmester augusztusban három alkalommal operát vezényelt volna Japánban, amely szerepléseket azonban le kellett mondania.