Fils du maître de l'animation japonaise Hayao Miyazaki (Princesse Mononoké, Le Voyage de Chihiro), Goro Miyazaki s'est pourtant longtemps tenu à l'écart du monde de l'animation. Diplômé de L'Ecole d'Agriculture et des Sciences de la Forêt de l'Université de Shinshu, il se consacre dans un premier temps à sa carrière de paysagiste et d'architecte. En 1998, il entreprend ainsi la conception du Musée Ghibli à Mitaka, au Japon, dont il devient le directeur général à partir de 2001.

Le producteur Toshio Suzuki, voyant en lui une possible relève à Hayao Miyazaki, lui propose alors de réaliser le story-board d'un prochain long métrage, Les Contes de Terremer, inspiré de l'œuvre de l'auteure américaine Ursula K. Le Guin. Convaincu par le travail effectué, il lui confie alors la réalisation du film malgré les réticences de son père. Réalisé avec l'aide de collaborateurs fidèles d'Hayao Miyazaki, le film est finalement présenté hors compétition à la Mostra de Venise en 2006 avant de sortir sur les écrans français l'année suivante.

Confirmant son statut de cinéaste, le jeune metteur en scène fait son retour en 2011 avec La Colline aux Coquelicots, adaptation du manga éponyme scénarisé par Tetsurō Sayama. Cette fois encore, il profite du savoir-faire du studio Ghibli et des précieux conseils de son père (scénariste sur le film). A la fois lyrique et très personnel, le film est une ode à l'imagination.