Op de Olympische Zomerspelen van 1936 in Berlijn behaalde Naoto Tajima de gouden medaille bij het hink-stap-springen en de bronzen medaille bij het verspringen (7,74 m). Bij het hink-stap-springen kwam hij al in de eerste ronde tot 15,76 m, slechts 2 centimeter verwijderd van het geldende wereldrecord. In zijn vierde poging deed hij er nog een schepje bovenop en verbeterde met een sprong van 16,00 precies zowel het olympische als het wereldrecord.[1] Tajima werd hiermee bovendien de eerste atleet ter wereld die de zestien metergrens overschreed en was de derde opeenvolgende Japanse olympische kampioen op dit atletieknummer.
In 1938 beëindigde Tajima zijn atletiekcarrière. In de jaren daarna was hij directeur van het Japanse sportverbond voor amateurs. Tajima's wereldrecord werd in 1951 met één centimeter verbeterd door de BraziliaanAdhemar da Silva.