Nascido em Tóquio, Hiroyuki planejava, originalmente, ser ator de filmes de ação. Estudou noShorinji Kempo e depois estudou o karatêkyokushin kaikan.[3] Hiroyuki começou a treinar com o astro de ação e artes marciaisSonny Chiba, aos onze anos, em sua academia em Tóquio, onde se destacou nas lutas e se tornou o protegido e favorito de Chiba.
As artes marciais e a atuação acabaram introduzindo-o aMichelle Yeoh, com quem posteriormente estrelou o filme deDanny Boyle,Sunshine. É também amigo de longa data deJackie Chan, apesar de não terem atuado juntos atéRush Hour 3, em 2007.
Hiroyuki se estabeleceu como um ator versátil. Foi notado como um ator sério no filmeMahjong Hourouki, dirigido porMakoto Wada, atuando desde então em todos os filmes de Wada, trabalhos carregados de um tom nostálgico por filmes clássicos e humorístico.
Em 1999 e 2000, ele atuou junto daRoyal Shakespeare Company (RSC) em sua produçãoRei Lear, o que o fez receber um prêmio honorário daOrdem do Império Britânico (MBE) em 2002. Muitos meios de comunicação relataram, erroneamente, que ele recebeu o prêmio por ter sido o primeiro ator japonês a atuar junto daRoyal Shakespeare Company, o que é incorreto. O primeiro ator japonês foiTogo Igawa, em 1985, que se juntou à (RSC) em 1986.[4] Hiroyuki recebeu o prêmio por"sua contribuição em difundir a cultura britânica no japão por sua performance em uma produção shakespeariana".[5]
Alguns dos filmes mais famosos estãoTasogare Seibei (O Samurai do Entardecer no Brasil eA Sombra do Samurai em Portugal) de 2002,Ringu (Ring: O Chamado eRing: A Maldição em Portugal) de 2002 eO Último Samurai comTom Cruise. Hiroyuki também interpretou Matsuda, comRalph Fiennes, no filmeThe White Countess (A Condessa Branca no Brasil eA Condessa Russa em Portugal). Interpretou o irmão deJackie Chan emRush Hour 3 e o capitão Kaneda emSunshine. Em março de 2011, atuou no filme deKeanu Reeves,47 Ronin, a primeira adaptação para língua inglesa da lendaChushingura, a mais famosa lenda japonesa sobre lealdade e vingança dos samurais.[6]
Foram várias as suas participações em séries de televisão estadunidenses, comoLost em 2010, durante a sexta e última temporada, interpretando Dogen, membro dos Outros.[7] Em 2014 e 2015 interpretou o doutor Hiroshi Hataki na série de televisãoHelix e emExtant interpretou Hideki Yasumoto, CEO da Yasumoto Corporation.
Em 2024 aceitou o trabalho para desempenhar o papel de Yoshi Toranaga, personagem fictício que faz referência a figura histórica deTokugawa Ieyasu, líder militar do Japão Feudal na Série Televisiva da FX -Xógum - A Gloriosa Saga do Japão[8].