En 2012, Kōsuke Hagino remporte la médaille de bronze en 400 m 4 nages aux Jeux olympiques[1] de Londres.
Le , lors des Championnats du monde de Barcelone, il gagne sa première médaille mondiale lors de la finale du 400 m nage libre en 3 min 44 s 82 derrière Sun Yang, le Chinois, et devant Connor Jaeger, l'Américain.
Le , Kōsuke Hagino finit 2e de la finale du 200 m 4 nages derrière l'Américain Ryan Lochte et devant le Brésilien Thiago Pereira en 1 min 56 s 29.