Su patrocinador, Cabin Club, le facilitó un asiento en Fórmula 1 en 1992, en el equipo Larrousse, junto a Bertrand Gachot.
Por lo general, consiguió superar a su compañero de equipo, Mark Blundell, mucho más experimentado.
Permaneció en Tyrrell durante dos temporadas más, pero su estado de forma bajó, consiguiendo como mejores resultados dos séptimos puestos.
Katayama era famoso en el paddock por su inquebrantable servidumbre y su sentido del humor ("Es posible hacerlo mejor con este monoplaza; ¡el único problema es mi conducción!").
Tras abandonar el ciclismo como corredor profesional, siguió ligado a este deporte y creó en la temporada 2012 el Team Ukyo para participar en los Circuitos Continentales UCI.