Isao Kimura s-a născut pe 22 iunie 1923 în cartierul Senda al orașului Hiroshima (acum parte a districtului Naka). După absolvirea liceului s-a mutat în 1941 la Tokyo, unde a intrat la Facultatea de Arte a Academiei Bunka Gakuin. În timpul studenției a jucat în teatrul studențesc și a debutat în cinematografie în filmul Hawai Mare oki kaisen (1942) al lui Kajiro Yamamoto.[2]
În 1944 a fost încorporat în Marina Japoneză. Un an mai târziu a fost demobilizat și s-a întors la Hiroshima. În bombardamentul atomic asupra orașului Hiroshima din 6 august 1945 toată familia sa a murit. În 1946 s-a mutat din nou la Tokyo. La 1 aprilie 1948 s-a căsătorit cu Kozue, fiica romancierului japonez Kanji Kunieda.
În 1949 a jucat în filmul Stray Dog, regizat de Akira Kurosawa, în rolul criminalului Yusa.[2] Ulterior a apărut în mai multe filme ale acestui regizor: Ikiru (1952), Cei șapte samurai (1954), Tengoku to Jigoku (1963).[2] Cel mai cunoscut rol al său în film a fost rolul samuraiului Katsushirō Okamoto din Cei șapte samurai (1954).[2] În calitate de tânăr ucenic al lui Kambei, Katsushirō a dovedit un amestec de inocență, agilitate și aer aristocratic.[2] Kimura avea vârsta de 30 de ani la începerea filmărilor, dar părea mai tânăr.[2] Asistentul lui Kurosawa, Hiromichi Horikawa, l-a distribuit în anul următor într-un rol important în filmul Asunaro monogatari (1955), al cărui scenariu fusese scris chiar de renumitul cineast.[2] Kimura a jucat în anii 1950 în câteva comedii regizate de Kon Ichigawa și în mai multe filme regizate de Mikio Naruse, dar compania Toho nu a știut să capitalizeze talentul acestui actor de teatru și l-a distribuit în filme mediocre.[2] Astfel, Kimura nu a reușit să devină un actor celebru de film precum au făcut-o alți actori de teatru ca Tatsuya Nakadai și Tsutomu Yamazaki.[2] Pe lângă rolul său din Cei șapte samurai, a devenit cunoscut publicului american și în rolul detectivului Kogorō Akechi din filmul Kurotokage („Șopârla neagră”, 1968) al lui Kinji Fukasaku.[2] În anii 1970 a apărut în celebra serie de filme Kozure Ōkami, iar cariera sa de actor de film s-a încheiat în 1978.[2] În cursul carierei sale (1942-1978), Isao Kimura a apărut în peste 110 de filme.[3]
Kimura a jucat mult timp ca actor de teatru. Din 1950 până în 1968 a fost actor principal la Teatrul Gekitang Seihai (劇団青俳). Începând din 1970 a colaborat și în producțiile televiziunii japoneze. Pe lângă o lungă carieră de actor Isao Kimura a fondat și condus o companie teatrală care în cele din urmă a dat faliment.[2] Actorul a preluat plata datoriei de 70 de milioane de yeni și a reușit să o ramburseze cu puțin timp înainte de moartea sa.[2]
Isao Kimura a murit de cancer esofagian în 4 iulie 1981 la Tokyo, la vârsta de 58 de ani.[2]