Nishina nació en Satoshō, Okayama, y se graduó como ingeniero eléctrico el año 1918 en la Universidad Imperial de Tokio.

En Copenhague, investigó con Niels Bohr con quién hizo amistad.

Dos años después, estableció el Laboratorio Nishina en RIKEN, donde invitó algunos investigadores occidentales, incluyendo Werner Heisenberg, Paul Dirac y Niels Bohr, para estimular a los físicos japoneses.

Fue investigador principal del Instituto de Investigación Física y Química (RIKEN) y dirigió a generaciones de físicos, incluyendo dos premios Nobel de física: Hideki Yukawa y Shin'ichirō Tomonaga.

Durante la Segunda Guerra Mundial, fue el director del programa japonés de armas nucleares.