Meiji-restauraation jälkeen Yamamoto opiskeli yksityisissä oppilaitoksissa Tokiossa ja aloittiKeisarillisen Japanin laivastoakatemian toisen luokan (Kaigun Heigakkō) vuonna 1870. Valmistumistuttuaan 1874 hän lähti saksalaisella aluksella koulutuspurjehdukselle Eurooppaan ja Etelä-Amerikkaan 1877-1878. Yamamoto kirjoitti ammuntaoppaan, josta tuliKeisarillisen Japanin laivaston standardi sekä toimi risteilijäNaniwan päällikkönä siirtopurjehduksellaElswickistä Japaniin 1885-86. Myöhemmin Yamamoto saattoi laivastoministeriKabayama Sukenoria tämän matkallaYhdysvaltoihin ja Eurooppaan 1887-88.
RisteilijäTakaon päällikkönä Yamamoto suoritti luottamuksellisen tehtävän tavataQing-dynastian kenraaliYuan ShikaiSoulissa,Koreassa 1890. Tämän jälkeen Yamamoto otti komennettavakseenTakachihon. Ryhdyttyään vuonna 1893 työskentelemään laivastoministeriSaigō Tsugumichin alaisuudessa Yamatosta tuli Japanin laivaston todellinen johtaja aloittaen useita uudistuksia, yrittäen karsia oman provinssinsa upseerien suosimista, yrittäen säilyttää suurin piirtein tasa-arvoinen asema armeijan kanssakorkeimmassa sotaneuvostossa. Hän myös kannatti aggressiivista strategiaaKiinaa vastaan käydyssäKiinan-Japanin sodassa.
Yamamoton myöhempi yleneminen laivaston riveissä oli nopeaa: hänet ylennettiinkontra-amiraaliksi 1895 javara-amiraaliksi sekä laivastoministeriksi 1898. Hänelle myönnettiindanshakun (paroni) arvonimi 1902.Amiraaliksi Yamamoto ylennettiin vuonna 1904. Toimiessaan laivastoministerinäVenäjän–Japanin sodan aikana, Yamamoto osoitti vahvaa johtamiskykyä ja oli vastuussaTōgō Heihachirōn nimittämisestäyhdistyneen laivaston ylipäälliköksi. Hänelle myönnettiinhakushakun arvo 1907.
Yamamoton ensimmäinen pääministerikausi kesti 20. helmikuuta 1913–16. huhtikuuta 1914. Kauden aikana hän poisti lain, jonka mukaan laivastoministerin ja sotaministerin täytyi olla aktiivisessa palveluksessa olevia upseereja. Hänellä oli maine liberaalina vaikuttajana, joka kannatti demokratiaa ja perustuslaillista hallintoa. Hänen hallitustaan syytettiin kuitenkin korruptiosta ja lopulta Yamamoto yhdessä koko hallituksensa kanssa joutui eroamaan ottaakseen vastuunSiemens-skandaalista. Pääministerin ei ikinä todistettu sekaantuneen skandaaliin henkilökohtaisesti.
Yamamoto siirrettiin palvelemaan laivastossa 1914, mutta hänet kutsuttiin uudestaan pääministeriksi selvittämäänSuuren Kantōn maanjäristysksen aiheuttamaa kriisiä. Hänen toinen kautensa kesti 2. syyskuuta 1923–7. tammikuuta 1924. Kauden aikana Yamamoto osoitti johtamiskykynsä uudelleenrakentamallaTokion, joka oli kärsinyt raskaita vaurioita maanjäristyksen aikana. Yamamoto yritti myös uudistaan vaalijärjestelmää sallimalla yleisen äänioikeuden kaikille miehille. Hän ja hänen hallituksensa joutuivat kuitenkin irtisanoutumaan ennen uudistuksen toteutumistaDaisuke Namban yritettyä salamurhataHirohiton. Tämän jälkeen Yamamoto vetäytyi pois poliittisesta elämästä.