日本の特技監督・映画監督・映像作家・装幀家。東京都新宿区出身で、茨城県古河市に居住していた。茨城県立古河第三高等学校卒業。ガイナックス、GONZO、Motor/lieZを経てオーバーロード所属。妻は、スタジオジブリでのハーモニー処理をしている高屋法子。IT企業のユビキタスエンターテインメントにおいてチーフ・ビジョナリー・オフィサーも務める。

1984年 - 高校卒業後に『ゴジラ』で怪獣造形に携わることで映画界に入る。一番最初の仕事は着ぐるみの脱ぎ着の補助だった。
1984年 - 『八岐之大蛇の逆襲』などで親交のあった庵野秀明らが設立したガイナックスに参加し、『王立宇宙軍 オネアミスの翼』にて助監督をつとめる。
1992年 - 村濱章司らとともにGONZOを設立。
1995年 - 『ガメラ 大怪獣空中決戦』で特技監督を務め、日本アカデミー賞特別賞を受賞。
2002年 - 『ミニモニ。THE（じゃ）ムービー お菓子な大冒険!』で映画監督デビュー。
2005年 - 『ローレライ』を監督。
2006年 - 『日本沈没』を監督。
2007年 - 『ヱヴァンゲリヲン新劇場版:序』の、主にクライマックスのヤシマ作戦の部分を中心に画コンテを担当。
2007年 - 出身地である茨城県古河市の「古河大使」に就任。
2015年 - 4月1日、2016年に公開の『シン・ゴジラ』で、監督と特技監督を務めることが発表された（脚本と総監督は庵野秀明）。
2015年 - 『進撃の巨人 ATTACK ON TITAN』を監督　（2015年8月1日公開）
2015年 - 『進撃の巨人 ATTACK ON TITAN エンド オブ ザ ワールド』を監督（2015年9月19日公開）
2016年 - 『シン・ゴジラ』を監督（2016年7月29日公開）
2017年 - 『シン・ゴジラ』が第40回日本アカデミー賞最優秀作品賞を受賞。同作で総監督の庵野秀明とともに最優秀監督賞を受賞。

愛称は「シンちゃん」。庵野秀明との親交が深く、『新世紀エヴァンゲリオン』の主人公・碇シンジの名前の由来であることも知られる。
樋口がアニメ作品に深い関わり（TVシリーズの監督など）を持たないのは、原恵一（『クレヨンしんちゃん 嵐を呼ぶ モーレツ!オトナ帝国の逆襲』などで知られる）がいるためだと自身が公言している。
小説家の福井晴敏とも深い交流がある。福井の著作『亡国のイージス』を読んだ樋口が感動し、福井に「第二次世界大戦」「潜水艦」「女」の3つのテーマを基にした作劇を依頼、その草案を基にした映画『ローレライ』を監督した。福井曰く、「雷と共にやってきた男」。なお、2人の好きな映画3本は完全に一致している（『日本沈没』・『新幹線大爆破』・『太陽を盗んだ男』）。ローレライ構想以来、福井作品の多くの装丁は樋口が担当している。
富野由悠季監督を「神」と呼び、近年の監督作では必ず端役で出演させている。
押井守、細田守との親交も深いが、ともにスタッフとして参画した『G.R.M. THE RECORD OF GARM WAR（ガルム戦記）』は凍結に追い込まれている。

高校時代は音楽バンド活動を行なっており、音楽自体は才能の無さに挫折するが、この頃からYMOなどの影響でライブで流す8ミリ映像を製作していた。
画作りが高く評価されており、多数の映画に画コンテを提供している。コンテの通りになかなか映像が出来あがらないことが、特技監督に手を染めた一因だという。初期には特に『ウルトラQ ザ・ムービー 星の伝説』や『帝都物語』といった特撮作品に画コンテを提供しており、それらの作品の大木淳吉特技監督と中学生時代から現場を見学していた東宝の中野昭慶が、特技監督としての師匠である（大木は生前、デビュー前の樋口との共著で特撮のノウハウ本の発表を計画していたが、実現には至らなかった）。
強く影響を受けた作品として『帰ってきたウルトラマン』を挙げている。