Нагумо родился в городе Ёнэдзава, префектура Ямагата на севере Японии в 1887 году. Он окончил 36-й класс Японской Императорской Военно-морской Академии в 1908 году, с 8 рейтингом из 191 курсантов. Он служил мичманом на крейсерах «Сойя» (бывший русский "Варяг"), «Ниссин», «Ниитака». После получения звания прапорщик в 1910 году он был назначен на броненосный крейсер «Асама».
После обучения в Торпедной школе и школе морской артиллерии, он получил звание младшего лейтенанта и служил на линкоре «Аки», а затем на эсминце «Хацуки». В 1914 году он получил звание лейтенанта и был назначен на линейный крейсер «Кирисима», после гибели японского эсминца «Суги» . 15 декабря 1917 года он был назначен на японский эсминец «Кисараги».
Нагумо окончил Военно-морской колледж и был произведен в капитан-лейтенанта в 1920 году. Он специализировался на миноносцах и торпедной стратегии. С 1920 по 1921 год он был капитаном эскадренного миноносца «Моми», но вскоре назначен в береговые службы с различными заданиями Генштаба Императорского флота Японии. С 1925 по 1926 год, Нагумо обучался в японской миссии по изучению военно-морской стратегии, тактики и техники в Европе и Соединённых Штатах.
После своего возвращения в Японию, Нагумо служил в качестве инструктора в императорской японской военно-морской академии с 1927 по 1929 год. Нагумо был повышен до ранга Капитан в ноябре 1929 года и принял на себя командование лёгким крейсером «Нака» и с 1930 по 1931 год командующий 11-й экадрой миноносцев. После службы на административных должностях с 1931 по 1933 год он принял на себя командование тяжелым крейсером «Такао» с 1933 по 1934 год, и линкором «Ямасиро» с 1934 по 1935 год. Он был назначен Контр-адмиралом 1 ноября 1935 года.
В качестве контр-адмирала Нагумо командовал 8 крейсерской эскадрой сопровождения Императорского флота Японии при передвижении в Китае районе Жёлтого моря. Являясь одним из ведущих участников милитаристской Фракции Флота, он также получил поддержку в своей карьере от политических сил.
С 1937 по 1938 год он был комендантом торпедной школы, а с 1938-1939 года он стал командиром 3-й крейсерской эскадры. Нагумо был произведен в Вице-адмирала 15 ноября 1939 года. С ноября 1940 года до апреля 1941 года, Нагумо был комендантом в Военно-морском колледже.
10 апреля 1941 года Нагумо был назначен главнокомандующим 1-й воздушной флотилией ВМС Императорского флота Японии, основной Авианосной ударной группой, в основном благодаря его старшинству. Многие современники и историки сомневались в его пригодности для командования этими войсками, учитывая его недостаточное знакомство с морской авиацией.
К этому времени он был явно в возрасте, физически и психологически. Он страдал от артрита, возможно, из-за увлечения фехтованием кэндо в юности. Он стал осмотрительным офицером, который изучал планы каждой тактической операции, в которой он участвовал.
Адмирал Нисидзо Цукахара имел некоторые сомнения насчет назначения Нагумо, он отметил: «Нагумо был офицером старой школы, специалистом по торпедной тактике и морскому маневрированию…. Он не имел ни малейшего представления о возможностях и потенциале морской авиации.» У себя дома Нагумо также не получал уважительного мнения. Один из двух его сыновей описывал его задумчивым отцом, вечно одержимым (и впоследствии разочаровавшимся) в попытках направить сыновей по своим стопам на службу в военно-морские силы. В то же время младшие офицеры Нагумо видели в нем в точности ту фигуру отца, которую упускали в нем его сыновья.