Осаму Симомура родился в городе Фукутияма (префектура Киото). Вырос в Маньчжурии и Осаке, где проходил службу его отец, офицер японской армии. Позже его семья переехала в город Исахая. Получил диплом магистра в 1958 году, диссертацию защитил в 1960 году. С 1960 года живёт и работает в США.