1978년 기후 현에서 태어났다. 어릴 적부터 막연하게 작가가 되는 것을 꿈꿨고, 중학교 시절부터 소설을 쓰기 시작했다. 대학교 2학년 때부터는 자신의 홈페이지에서 소설을 게재했다. 2001년, 『빙과』로 제5회 가도카와 학원 소설 대상 장려상(영 미스터리&호러 부문)을 수상하며 데뷔했다. 졸업 후에도 이 년간 기후의 서점에서 근무하며 글을 쓰다가 도쿄로 나오면서 전업 작가가 된다.

클로즈드 서클을 그린 신본격 미스터리 『인사이트 밀』로 제8회 본격 미스터리 대상 후보, 다섯 개의 리들 스토리『추상오단장』으로 제63회 일본 추리작가협회상 후보와 제10회 본격 미스터리 대상 후보에 올랐다. 판타지와 본격 미스터리가 절묘하게 어우러진 『부러진 용골』로 제64회 일본 추리작가협회상을 수상하였다.

2014년 출간된 『야경』은 제27회 야마모토 슈고로상을 수상했고 나오키상 후보에 올랐다. 또한 이 작품은 ‘이 미스터리가 대단하다!’, ‘미스터리가 읽고 싶다’, ‘《주간분슌》 미스터리 베스트 10’ 일본 부문 1위에 올라 사상 최초로 미스터리 3관왕을 달성했는데, 2015년에는 『왕과 서커스』로 이 년 연속 동일 부문 3관왕을 달성해 작품성과 대중성을 고루 갖춘 미스터리 제왕임을 공고히 했다.

2016년 역시 『진실의 10미터 앞』으로 ‘미스터리가 읽고 싶다’ 1위, ‘《주간분슌》 미스터리 베스트 10’ 2위를 비롯, 각종 미스터리 랭킹에서 상위권을 차지했다. 2021년에는 『흑뢰성』으로 제12회 야마다 후타로상을, 다음 해에는 제166회 나오키상을 수상했다.

‘소시민’ 시리즈는 내면을 숨기고 평범한 소시민으로서 살아가려고 하는 고등학생 고바토 조고로와 오사나이 유키를 주인공으로 하는 연작 미스터리로, 일상의 사건들을 다룬 ‘고전부’ 시리즈와 함께 요네자와의 대표 시리즈로 꼽히는 학원 청춘 미스터리이다.

그 외의 작품으로 『보틀넥』, 『리커시블』, 『안녕 요정』, 『개는 어디에』, 『덧없는 양들의 축연』, 『가연물』, 『요네자와야 책방(米澤屋書店)』 등이 있다.