Nobuhiro Suwa débute sa carrière au Japon dans le cinéma documentaire. En 1997, il fait ses débuts dans la fiction avec son premier film 2 Duos. Son oeuvre est sélectionnée pour de nombreux festivals, et remporte notamment le prix NETPAC au Festival International du Film de Rotterdam.

Il met pour la première fois en scène la femme japonaise actuelle dans M-other. Ce second long-métrage, tourné en 1999, remporte le prix de la Critique internationale au 52ème Festival de Cannes. Au Japon, ce film reçoit une triple récompense à la 54ème édition du Concours Mainichi: meilleur film, meilleur scénario, meilleure musique.

En 2001, H Story lui permet de revenir sur l'histoire de sa ville natale, Hiroshima, avec cette oeuvre expérimentale basée sur un remake de Hiroshima mon amour d'Alain Resnais. Il y travaille avec une équipe française, puisqu'on retrouve Béatrice Dalle parmi les interprètes et Caroline Champetier à la lumière. Cette oeuvre hors normes fut présenté dans la section Un Certain Regard au festival de Cannes 2001.

De plus en plus francophile (on lui doit un des segments de Paris, Je T'aime), Nobuhiro Suwa tourne, en français et à Paris, Un couple parfait (Prix spécial du jury à Locarno en 2005) avec Valeria Bruni-Tedeschi et Bruno Todeschini dans les rôles principaux. Pendant la phase de casting de ce film, il sympathise avec le comédien Hippolyte Girardot, à qui il propose de co-réaliser un long métrage. C'est ainsi que naît Yuki et Nina, une oeuvre délicate filmée à hauteur d'enfant, présentée à la Quinzaine des Réalisateurs en 2009.