Después de graduarse, se unió a Telecom Animation Film.En 1999, Katabuchi se unió Studio 4 °C y trabaja en la película Princesa Arete, el cual fue estrenada en 2001 y gana el premio de Trabajo de Excelencia del Año en la categoría de largometraje nacional en Tokyo Internacional Anime Fair en 2002.Se une al estudio Madhouse y trabajó para varias animaciones que incluyendo Black Lagoon.En 2016, Katabuchi dirigió Kono Sekai no katasumi ni (también conocida como En este rincón del mundo) cuál fue estrenada el 12 de noviembre de 2016 en Japón.[2] Está casado con la directora de anime Chie Uratani.
