Takahiro Katayama wurde in Japan (Matsudo, Präfektur Chiba) geboren.

Er studierte an der Tokyo University of the Arts und schloss dort sein Bachelorstudium mit höchster Auszeichnung ab. Anschließend studierte er an der Hochschule für Musik „Hanns Eisler“ Berlin bei Prof. Martin Spangenberg und schloss dort sein Masterstudium mit höchster Auszeichnung (1,0) ab. Danach setzte er seine Studien am Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris im Studiengang „Diplôme d’Artiste – répertoire contemporain et création (3e cycle supérieur)“ im Bereich der zeitgenössischen Musik fort. Parallel dazu absolvierte er ein Masterstudium Bassklarinette bei Prof. Alain Billard am Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris. Zusätzlich studierte er Orchestermusik bei Prof. Alessandro Carbonare an der Accademia Nazionale di Santa Cecilia in Rom.

Er war Mitglied der Seiji Ozawa Music Academy und der Lucerne Festival Academy sowie Stipendiat der Villa Musica Rheinland-Pfalz (Kammermusik).

Er gewann den 2. Preis beim 27. Ichikawa City Music Competition, den 3. Preis beim 18. Internationalen Klarinettenwettbewerb „Saverio Mercadante“ 2022 und den 1. Preis beim Internationalen Wettbewerb des Reate Festival 2022.

Er erhielt Stipendien der Horita Ikuei Foundation, DAAD Promos, Fondation Meyer und Fondation France.

Er trat als Gastmusiker mit zahlreichen professionellen Orchestern und Ensembles auf, darunter: Ensemble Intercontemporain, Deutsche Kammerphilharmonie Bremen, Boulez Ensemble Berlin, Japan National Orchestra, Tokyo Metropolitan Symphony Orchestra und Yomiuri Nippon Symphony Orchestra.

Er trat bei zahlreichen internationalen Festivals auf, darunter: Young Euro Classic Festival Berlin, Chigiana International Festival in Siena (Italien), Festival Présences in Paris, Encuentro Santander in Spanien, ManiFeste des IRCAM Paris sowie das Suntory Hall Summer Festival in Tokyo.

Er war Mitglied des Orchestre des Lauréats du Conservatoire (OLC) in Paris. Seit September 2025 ist er Bassklarinettist des Philharmonischen Orchesters Kiel / Theater Kiel.