1969년 일본 나라현 출생으로 나라시립 일조 고등학교를 거쳐 오사카 사진 전문학교(現 School of Visual Arts Osaka)에서 영화를 전공했다.
1989년 오사카 사진 전문학교 졸업후, 모교에서 강사로 재직하며 8mm로 촬영한 단편 다큐 [따뜻한 포옹 につつまれて(92)]와 [달팽이-나의 할머니 かたつもり (94)]으로 각 Yamagata International Documentary Film Festival에서 국제 비평가 연맹상과 장려상을 수상하며 영화계의 주목을 받았으며 1997년 자신의 첫 장편인 [수자쿠 萌の朱雀]로 깐느영화제 황금 카메라상 최연소 수상이라는 기록을 수립하며 세계 평단에 이름을 알렸다.
1998년 연출작인 [나뭇꾼 이야기 The Weald ]로 다시한번 세계무대에서 주목을 받은 그녀는 2000년 자신의 고향 나라현을 배경으로 하여 완성한 [호타루 火垂]로 로카르노 영화제 FIPRESCI상과 CICAE 상을 수상하며 21세기 일본 영화계를 대표하는 여류 연출가로 부상하였으며 2003년, [호타루]에 이어 다시 또 나라현을 무대로 촬영한 휴먼 드라마 [사라소주 沙羅雙樹]를 연출했다.
자신이 연출했던 두 작품 [수자쿠]와 [호타루]를 소설로 출간하며 영화계뿐 아니라 문학계에서 화제를 모은바 있는 나오미는 2007년 연출작인 [너를 보내는 숲
殯の森]으로 깐느 영화제 심사위원 특별 대상을 수상했다.