1964年 - 白木秀雄クインテットに参加し、その後ベルリン・ジャズ・フェスティバルに出演し世界のジャズ界から注目を浴びた。1967年 - アルバム『アローン・アローン・アンド・アローン』でデビュー。また、ピアニストの菊地雅章と共に日野=菊地クインテットでも活動。1960年代後半から1970年代前半にかけて日本ジャズの最先端を走り、『日野皓正コンサート』『ハイノロジー』『ライブ』『タローズ・ムード』等数々の作品を発表した。
1975年から活動の拠点をアメリカに移す。70年代後半からはフュージョン分野にもチャレンジ、新鮮なポップ感覚も披露した。