Il fait partie de l'équipe du Japon qui remporta la Thomas Cup en 2014, mettant fin à l'hégémonie chinoise depuis 2004. En , il remporte l'Open de Singapour devenant, non seulement le premier Japonais à gagner un tournoi Super Series en simple homme, mais aussi le plus jeune vainqueur d'un Super Series dans sa catégorie[3].
En , il est exclu de l'équipe nationale du Japon, pour une durée illimitée, en raison de sa participation à des jeux illégaux dans un casino clandestin[4]. Il manque les JO 2016.
Sa suspension ayant pris fin, il reprend la compétition en . Il remporte la première compétition à laquelle il participe, l'Open de Saitama, battant en finale Takuma Ueda[5]. Il est finaliste de l'Open du Canada 2017 battu par Kanta Tsuneyama[6]. Il remporte les K&D Graphics International Series en .
Le , il remporte à Nankin (Chine) le titre de champion du monde face au Chinois Shi Yu Qi. Il devient ainsi le premier Japonais à parvenir au rang de numéro 1 mondial.
En 2019 il remporte le All England, les mondiaux de badminton, l'Open de Chine et les World tour Finals. Il passe proche de remporter les 5 plus grands évènements de son sport sur la même saison en perdant la finale de l'open d'Indonésie.
En Janvier 2020 sa carrière prends un tournant à la suite de sa victoire au Malaysia Open, le taxi qui l'emmène à l'aéroport subit un accident qui tue le chauffeur et blesse Momota à l'orbite oculaire.
Le , il annonce sa retraite internationale, quatre ans après son accident de la route, admettant qu'il ne s'était jamais totalement remis de cet événement[7].
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