Il suo debutto è avvenuto all'età di tre anni nel dramma Quiver of The Monkey. Da allora è stato scritturato anche in film drammatici: in Aguri nel 1997, in cui ha interpretato il poeta dadaista Eisuke Yoshiyuki, ruolo che gli ha consentito di vincere numerosi premi, e in Hana no Ran nel 1994.[1]
Ha ricoperto un ruolo secondario nell'ultimo film epico di Akira Kurosawa del 1985Ran, in cui ha interpretato Tsumaru, ragazzo cieco che trascorre la sua vita da eremita suonando il flauto.[2] Ha interpretato Godzilla tramite la tecnologia motion capture in Shin Godzilla.[3]
Nomura è stato nominato dall'Accademia giapponese come miglior attore per la sua interpretazione in The Floating Castle.[5]
Nel marzo 2013 è apparso alla Japan Society e al Guggenheim Museum in due produzioni: Macbeth di William Shakespeare adattato alle tradizioni del teatro Nō e Kyōgen insieme a cinque attori, interpretato in giapponese con sottotitoli in inglese e Sanbaso, Divine Dance.
Il 30 luglio 2018 Nomura è stato nominato direttore creativo esecutivo dei Giochi Olimpici e Paralimpici di Tokyo 2020. Tra luglio 2018 e dicembre 2020,ha supervisionato la pianificazione delle cerimonie di apertura e chiusura di entrambi i Giochi,[6] prima di dimettersi dal ruolo quando la squadra della cerimonia originale è stata sciolta.