Народився в місті Акебоно-те, розташованому в одному з 23 спеціальних районів префектури Токіо — Бунке-ку. Батько, Кацудзі Міядзакі, під час Другої світової війни був директором сімейної компанії Miyazaki Airplane, що виготовляла деталі до військових літаків A6m Zero. Родина жила заможно, проте під час війни часто мусила переїжджати з місця на місце, оскільки виробництво переносилося у різні місця, визнані безпечними. Коли Хаяо було 3 роки, родина опинилася під час бомбардування в місті Уцуномія. Хоча ніхто з Міядзакі не постраждав, ця подія залишила відбиток у пам'яті Хаяо на все життя, що потім відобразилося в антивоєнній тематиці багатьох його творів. Мав трьох братів: Арато, Ютако та Шіро.
Після війни, в 1947, у матері було діагностовано спинний туберкульоз. У період з 1947 по 1955 вона часто лежала в різних лікарнях, через що сім'ї надалі доводилося багато переїздити. Брати Хаяо і Арато доглядали за нею, а Кацудзі шукав найкращих лікарів, які, однак, не могли вилікувати хворобу. В 1956 вона видужала.
Через часті переїзди Хаяо змінив багато шкіл: в Уцуномії, Токіо, Тойоямі. Будучи в останньому класі старшої школи, Хаяо побачив у кіно анімаційний фільм «Легенда про білу змію». За його власними словами, саме з цієї миті він твердо вирішив стати аніматором. В цей час він читав багато манґи і вирішив створити власну, але визнав, що не вміє малювати людей і наслідує стиль манґаки Тедзуки Осами, творця персонажа Астробоя.
У 1963 закінчив престижний Університет Ґакусюін, факультет політики і економіки. В університеті відвідував клуб з вивчення дитячої літератури. У цьому клубі вивчалися в основному західні письменники.
У квітні 1963 отримав роботу художника-фазувальника в Toei Animation. Вперше як аніматор Хаяо Міядзакі проявив себе малюючи проміжні кадри для мультфільму «Марш собак» і «Хлопчик-вовк Кен» того ж року. До 1964 року став головою профспілки, оскільки був невдоволений умовами роботи. У жовтні 1965 одружився з колегою, художницею Акемі Ота. У 1965 році, під час роботи над фільмом «Подорож Гуллівера по той бік Місяця», Міядзакі висловив незгоду зі слідування оригінальному сценарію. Він домігся дозволу переписати фінал і молодому аніматору почали довіряти більш значущу роботу. Його взяв в учні художник Ясудзі Морі. У січні 1967 у Хаяо й Акемі народився перший син Ґоро.
Познайомившись у 1968 з режисером і аніматором Такахатою Ісао, Хаяо влаштувався до нього на роботу розкадрувальником, концептуальним художником і дизайнером мультфільму «Гор: принц сонця». Хоча фільм виявився не вельми успішним, Хаяо продовжив роботу і брав участь в анімації стрічок «Кіт у чоботях», «Летючий корабель-привид» і «Острів скарбів звірів». У 1969 він видав першу власну манґу «Пустельне плем'я». Того ж року народився його другий син Кейсуке.
Покинувши Toei в 1971, Хаяо спільно з Такахатою і Йоіті Отабе створив студію A Pro. Вже за кілька місяців вони перейшли в TMS Entertainment, де створили шість епізодів серіалу «Люпен III». Того ж року Хаяо звернувся до президента Tokyo Movie у Швеції, щоб отримати права на екранізацію «Пеппі Довгоїпанчохи». Автор книги Астрід Ліндгрен відхилила пропозицію. Міядзакі став головним аніматором серіалу «Панда велика і маленька», поставленого Такахатою. У 1973 році Міядзакі, Такахата й Отабе перейшли працювати на анімаційну студію Zuiyo Enterprises (майбутню Nippon Animation), де Міядзакі зрежисував аніме «Хлопчик майбутнього Конан». У 1979 році він повернувся на студію TMS, де став режисером повнометражного анімаційного фільму «Люпен III: Замок Каліостро». Потім, у 1982 році, видав манґу «Навсікая з Долини вітрів». Від видавництва Tokuma Shoten, що друкувало її в журналі «Animage», він отримав пропозицію екранізувати твір, Міядзакі погодився. Фільм вийшов у 1984 році. Натхненний успіхом фільму, він спільно з редактором «Animage» Тосію Судзукою заснував у 1985 студію Ghibli. За наступні роки було створено анімаційні фільми, що принесли студії славу: «Небесний замок Лапута», «Мій сусід Тоторо», «Відьмина служба доставки», «Порко Россо» і «Якщо прислухатись».
У 1995 році Хаяо Міядзакі взявся за створення «Принцеси Мононоке». Фільм став найкасовішим за всю історію кінопрокату Японії та в 1998 отримав премію Японської кіноакадемії в номінації «Найкращий фільм року». Після цього Міядзакі на кілька років припинив активну творчу діяльність.
Повернення до анімації відбулося 2001 року з виходом «Віднесені привидами», який отримав численні нагороди, серед яких «Оскар» 2002 в номінації «Найкращий анімаційний фільм». Однак творець фільму відмовився приїхати на церемонію нагородження через неприязнь до США за війну в Іраку. У 2004 році Міядзакі екранізував роман Діани Вінн Джонс «Мандрівний замок», що був згодом номінований на «Золотого лева» Венеціанського кінофестивалю. У 2005 році Хаяо Міядзакі вшанований спеціальним призом Венеціанського кінофестивалю за сукупний внесок у кіномистецтво. У 2008 вийшов анімаційний фільм «Рибка Поньо на кручі», який отримав дві нагороди Венеціанського кінофестивалю, дві премії Японської академії й приз Asian Film Awards в категорії «Найкращий композитор». Останнім на цей час повнометражним фільмом Міядзакі є «Вітер дужчає» на основі його ж манґи. Його було номіновано на «Золотий глобус» як найкращий фільм іноземною мовою та «Оскар» як найкращий анімаційний повнометражний фільм. У листопаді 2014 року Міядзакі здобув «Оскар» за видатні заслуги в кінематографі. Після випуску цього фільму він на якийсь час покинув студію Ghibli, заявивши, що йде на відпочинок і більше не зніматиме. Його колеги і послідовники продовжили створювати анімацію, в тому числі виконану в стилі Міядзакі.
Попри попереднє оголошення фільму «Вітер дужчає» останнім, у 2015 році Міядзакі заявив про роботу над новим фільмом «Гусениця Боро» для Ghibli. За його тодішніми словами, він планує продовжувати роботу в компанії невеликої групи аніматорів до самої смерті, створюючи короткометражні фільми. Та в жовтні 2017 він повідомив, що готує нову повнометражну роботу «Хлопчик і чапля».
Старший син, Ґоро Міядзакі, також став аніматором. Зняв анімаційну екранізацію «Оповідей Земномор'я» Урсули Ле Ґуїн, чого безуспішно домагався його батько. Проте сам Хаяо Міядзакі виступав проти цього, а фільм вийшов доволі неоднозначним. Другий син, Кейсуке Міядзакі, — різьбяр по дереву.
