Онода родился 19 марта 1922 года в селе Камикава префектуры Вакаяма в семье Оноды Сюдзиро и Оноды Тамы. Отец мальчика работал педагогом, журналистом и депутатом совета префектуры. Молодой Онода был третьим сыном в семье и имел трёх братьев и сестру. В юности он учился в средней школе города Кайнан, где особенно упорно изучал кэндо, японское фехтование.
В апреле 1939 года, после окончания школы, Онода устроился на работу в частную торговую компанию Тадзима и переехал в китайский город Ханькоу, где овладел китайским и английским языками. Однако уже в декабре 1942 года его призвали на военную службу, и он вернулся на родину. Сначала Оноду приписали рядовым второго класса 61-го пехотного полка, но через несколько дней перевели в 218-й пехотный полк. В июле 1943 года его повысили до звания рядового первого класса, в сентябре — до рядового высшего класса, а в ноябре — до звания капрала.
В течение января-августа 1944 года Онода учился в Первом армейском училище Куруме по подготовке командного состава. В ходе обучения в апреле того же года он получил звание сержанта, а после выпуска — звание старшего сержанта и назначение для продолжения обучения при Генеральном Штабе Японии. Однако Онода решил продолжить карьеру боевого офицера и в августе 1944 года поступил в отделение Футамата армейского училища Накано, готовившего офицеров разведки. Однако закончить обучение ему не удалось из-за срочной отправки на фронт. За два месяца Онода приписали в штаб 14-й армии и в декабре 1944 года отправили на Филиппины в качестве командира спецотряда по проведению диверсионных операций в тылу противника. В январе 1945 года он был повышен до звания младшего лейтенанта и отправлен на филиппинский остров Лубанг. Перед этим молодой офицер получил от своего командира, генерал-лейтенанта Ёко Сидзуо, следующий приказ:
По прибытии в Лубанг Онода предложил японскому командованию острова начать подготовку к длительной обороне, однако его предложения не были услышаны. В результате войска США без труда разбили японцев, а молодой разведчик со своим отрядом вынужден был бежать в горы. Онода обустроил базу в джунглях и начал вести партизанскую войну в тылу врага вместе со своими подчинёнными: рядовым первого класса Юити Акаци, рядовым высшего класса Кинсити Кодзука и капралом Симадой Сюоти.
15 августа 1945 года Япония подписала акт о капитуляции. Вскоре в руки Онода попали американские листовки, в которых сообщалось об окончании войны. В конце того же года самолёты сбросили в джунглях приказ командира 14-й армии Ямасита Томоюки о сдаче оружия и капитуляции. Онода расценил эти документы как вражескую пропаганду и продолжил борьбу против США, ожидая возвращения острова под японский контроль. Из-за отсутствия связи с его группой в сентябре 1945 года японские власти объявили её членов погибшими. Однако в 1950 году Юити Акаци сдался филиппинской полиции и в 1951 году вернулся на родину, благодаря чему стало известно, что Онода и двое его подчинённых всё ещё живы.
Случай с Онодой не был единичным. В этой связи японское правительство в 1950 году создало специальную комиссию по спасению японских солдат, остающихся за рубежом. Впрочем, она не могла немедленно приступить к работе из-за политической нестабильности на Филиппинах.
7 мая 1954 года в горах острова Лубанг отряд филиппинской полиции столкнулся с группой Оноды. В ходе перестрелки был убит Симада Сюоти. После этого инцидента филиппинское правительство разрешило членам японской комиссии начать поиски японских солдат. На основе показаний Юити Акаци комиссия проводила поиск в течение мая 1954 года, всего 1958 года и мая-декабря 1959 года, но найти Оноду и его подчинённого Кодзуку не смогла. По прошествии десяти лет, 31 мая 1969 года японское правительство вторично объявило их погибшими и посмертно наградило Орденом Восходящего Солнца 6-й степени.
В январе 1972 года на острове Гуам, который находился под контролем США, был случайно найден уцелевший капрал японской армии Сёити Ёкои. Это случай показал, что некоторые японские солдаты продолжают скрываться на островах Тихого Океана и не знают об окончании Второй мировой войны. Между тем 19 сентября 1972 года филиппинская полиция застрелила одного японского солдата во время реквизирования им риса у крестьян. Им оказался Кинсити Кодзука, последний подчинённый Оноды. В связи с этим 22 октября того же года Министерство благосостояния Японии отправило на Филиппины делегацию из членов разведывательной комиссии по спасению японских солдат, а также родственников погибшего и Оноды. Но поиски последнего результатов не дали.
В течение 30 лет пребывания в джунглях Лубанга Онода адаптировался к их условиям, вёл кочевой образ жизни, собирал сведения о противнике и событиях в мире, а также осуществил ряд нападений на филиппинское население. Разведчик питался сушёным мясом диких буйволов, которые были подстрелены им самим, а также плодами пальм, преимущественно кокосов. Со своими подчинёнными Онода совершил более ста нападений на американскую радарную базу, филиппинских чиновников, полицию и крестьян. В ходе этих операций им были убиты 30 и тяжело ранены более 100 военных и гражданских лиц.
Во время одного из нападений на базу противника разведчик получил радиоприёмник, переоборудовал его на принятие декаметровых волн и стал получать информацию о положении в окружающем мире. Он также имел доступ к японским газетам и журналам, которые оставляли в джунглях члены поисковых японских комиссий. Он был хорошо осведомлён о событиях в Японии: знал о женитьбе принца Акихито в 1959 году, о проведении Летних Олимпийских игр в Токио в 1964 году и о «японском экономическом чуде», но отказывался верить в поражение своей страны во Второй мировой войне. Ещё перед отправкой на фронт Оноду учили в офицерском училище, что противник будет прибегать к массовой дезинформации о конце войны, поэтому он воспринимал все события политического характера под искажённым углом зрения. Так, разведчик думал, что правительство, которое контролирует Японию после 1945 года, — это марионетка США, а настоящее Императорское правительство находится в изгнании на территории Маньчжурии. Начало Корейской войны 1950—1953 годов казалось Онода началом контрнаступления японцев из Маньчжурии на позиции США на юге Кореи, а затяжная война во Вьетнаме 1959—1975 годов расценивалась им как успешная кампания Императорской армии Японии против американцев, которые вот-вот должны капитулировать.
20 февраля 1974 года молодой японский путешественник студент Норио Судзуки случайно нашёл Онода в джунглях Лубанга. Судзуки пытался склонить его к возвращению на родину, рассказывая о конце войны, поражении японцев и современном процветании Японии. Однако Онода отказался, объясняя, что не может покинуть место службы, потому что не имеет разрешения на это от своего старшего офицера. Судзуки вернулся в Японию один, но привёз фотографии японского разведчика, которые произвели фурор в японских средствах массовой информации. Японское правительство срочно связалось с Ёсими Танигути, бывшим майором Императорской армии Японии и непосредственным командиром Оноды, который после окончания войны работал в книжном магазине. 9 марта 1974 года Танигути прилетел на Лубанг, вышел на связь с Онода, будучи одет в военную форму, и объявил ему следующий приказ:
10 марта 1974 года Онода принёс отчёт для Танигути на радарную станцию и сдался филиппинским войскам. Он был в полном военном обмундировании, имея на руках исправную винтовку Арисака тип 99, 500 патронов к ней, несколько ручных гранат и самурайский меч. Японец передал свой меч командиру базы в знак капитуляции и был готов к смерти. Однако командир вернул ему оружие, назвав его «образцом армейской верности». По филиппинскому законодательству Оноде грозила смертная казнь за грабежи и убийства крестьян, нападения на полицию и военных в течение 1945—1974 годов, однако благодаря вмешательству МИД Японии он был помилован. На церемонии капитуляции присутствовали высокопоставленные лица обеих стран, в том числе тогдашний президент Филиппин Фердинанд Маркос. Онода торжественно вернулся на родину 12 марта 1974 года.
По возвращению Оноды в Японию к нему было приковано внимание всех средств массовой информации страны. Часть японской общественности, в основном учёные и журналисты, которые были воспитаны в соответствии с новой, проамериканской политико-общественной парадигмой, прохладно отнеслись к личности бывшего офицера. Ещё в аэропорту Онода трижды произнёс императорское приветствие «Слава Его Величеству Императору!», чем озадачил тех, кто его встречал. Коммунисты и социал-демократы стали клеймить его «призраком милитаризма», а левая и левоцентристская пресса во главе с «Асахи симбун» и «Майнити симбун» начала кампанию по травле: утверждалось, что Онода в действительности знал о поражении Японии, но в силу своей милитаристской натуры отказывался капитулировать, убивая сотни филиппинцев в течение 1945—1974 годов.
Несмотря на это, Онода имел немало сторонников среди чиновников и простых граждан. Ему даже предлагали баллотироваться в Палату представителей Парламента Японии, но он отказался. В качестве поздравления с возвращением Кабинет министров Японии подарил Онода 1 000 000 иен, однако бывший офицер пожертвовал всю сумму Святилищу Ясукуни в Токио, в котором почитаются души воинов, погибших за Японию в XIX—XX веках. Онода встречался с тогдашним премьер-министром Японии Какуэем Танака, но отказался от аудиенции с императором Сёва, мотивируя это тем, что недостоин приёма у Его Величества, потому что никаких особых подвигов не совершил.
Из-за кампании по травле в средствах массовой информации и трудностей в приспосабливании к условиям послевоенной Японии Онода решил покинуть родину. В апреле 1975 года вслед за своим старшим братом он переехал на жительство в Бразилию, где с конца XIX века существует большая японская диаспора. Через год (в 1976 году) Онода женился и стал заниматься скотоводством. За десять лет ему удалось создать ранчо площадью в 1200 гектаров на 1800 голов рогатого скота. Наряду с этим Онода основал в 1978 году общество «Японцы Бразилии» и занимал пост его председателя в течение восьми лет.
В 1984 году Онода вернулся в Японию и основал общественную организацию «Школа природы» для воспитания здорового молодого поколения. Поводом для её создания стали новости об убийстве японским юношей своих родителей в 1980 году. Оноду беспокоила деградация и криминализация японской молодёжи, поэтому он решил помочь ей, используя опыт, который он приобрёл в джунглях Лубанга, — распространением знаний о том, как благодаря находчивости и изобретательности ему удалось выживать в джунглях. Главной задачей новой организации он видел социализацию юношества через познание природы. С 1984 года под руководством Оноды школа ежегодно проводила летние лагеря для детей и их родителей по всей Японии, организовывала помощь детям-инвалидам, проводила научные конференции, посвящённые воспитанию. За успешную работу с молодёжью в ноябре 1999 года Онода был награждён премией в области социального воспитания Министерства культуры, образования и спорта Японии. Кроме этого, в июне 2000 года он работал лектором в Университете Хокурику, а в апреле 2001 года — лектором в Университете Такусёку.
В 1996 году Онода снова посетил Лубанг, где пожертвовал 10 000 долларов местной школе.
6 декабря 2004 года Онода стал первым из японцев, который был награждён медалью Сантоса-Дюмона, высшей наградой ВВС Бразилии для гражданских лиц. Он также получил звание почётного гражданина бразильского штата Мату-Гросу от правительства этого штата. 3 ноября 2005 года японское правительство наградило Онода медалью Чести с синей лентой «за заслуги перед обществом».
Несмотря на свой преклонный возраст, Онода продолжает вести дела в Японии и Бразилии, периодически посещая обе страны: в основном он живёт в Японии, но каждый год минимум три месяца проводил в Бразилии. Он является членом таких правоцентристских организаций, как Национальный Совет защиты Японии и Японское собрание. Онода — автор нескольких монографий и книг, посвящённых его 30-летнему пребыванию на Филиппинах, а также вопросам Второй мировой войны; наиболее известная из них — мемуары под названием «Не сдаваться: Моя тридцатилетняя война». Он выступает за сохранение традиционных японских ценностей в семье, бизнесе и политике. Жена Онода является председателем Общества женщин Японии и депутатом совета префектуры Эхиме.