Киёси Ито — автор стохастического анализа, который позволяет исследовать траектории случайных процессов (см. анализ Ито). Им была разработана теория стохастического интегрирования и новая концепция интеграла (см. интеграл Ито). Наиболее известный его результат — формула Ито. Его теория широко применяется, например, в биологии, физике, теории управления и финансовой математике.
Ито начал изучать математику в Императорском университете Токио, который закончил в 23 года. После этого он поступил на работу в Национальное управление статистики, где опубликовал две своих работы по теории вероятностей и стохастике. Во время Второй мировой войны продолжал работать в управлении статистики с кратким периодом преподавания в Университете Нагои.
В 1945 он получил за свои работы степень доктора философии. Семь лет спустя он стал профессором в Университете Киото, где и работал, пока не ушёл на пенсию в 1979 году.
Жена Сидзуэ умерла в 2000 году. В семье выросли три дочери, родившиеся в Японии, но в настоящее время проживающие в разных странах: Кэйко Кодзима, (Оцу, Япония), Кадзуко Соренсен (Лондон) и Дзюнко Ито, Санта-Крус, Калифорния).
Скончался 10 ноября 2008 года в больнице города Киото.
В 1998 получил за свои труды Премию Киото.
В 2006 году получил премию Гаусса .