Nel 1999, Katabuchi entrò nello Studio 4°C, per il quale realizzò nel 2001 Arete-hime, che vinse l'anno successivo l'Excellent Works of the Year nella sezione Domestic Feature Film Category del Tokyo International Anime Fair. Successivamente venne assunto dalla Madhouse, lavorando per svariati anime, tra cui quello tratto da Black Lagoon.
Nel 2016, Katabuchi girò In questo angolo di mondo, che ricevette il plauso della critica e ottenne molti riconoscimenti.[2]
È sposato con Chie Uratani, anche lei regista di anime.
In questo angolo di mondo – Japan Academy Prize 2017 – Miglior film d'animazione dell'anno (2017)[9]
In questo angolo di mondo – Culture of Child Welfare Award 2017 – Categoria Film/Media (2017)[10]
In questo angolo di mondo – The Minister of Education, Culture, Sports, Science and Technology's Art Encouragement Prize 2017 – Categoria miglior film (2017)[11]
^第71回毎日映画コンクール 心に迫る一本 日本映画大賞・日本映画優秀賞候補作, su mainichi.jp, Mainichi Newspaper, 16 dicembre 2016. URL consultato il 14 giugno 2019 (archiviato dall'url originale il 16 maggio 2018).
^(JA) 「第26回東京スポーツ映画大賞」ノミネート決定 2・26授賞式, su tokyo-sports.co.jp, TOKYO-SPORTS. URL consultato il 14 giugno 2019 (archiviato dall'url originale il 12 gennaio 2017).