Кадзуо Седзима изучала архитектуру в частном женском университете Нихон Ёши Дайгаку и окончила курс в 1981 году. С этого года она работает в бюро архитектора Тойо Ито. В 1987 году Кадзуо начинает самостоятельную деятельность и открывает бюро Kazuyo Sejima & Partner. Вместе с Рюё Нисидзава, бывшим первоначально одним из её служащих, Кадзуо с 1995 года возглавляет архитектурную фирму SANAA в Токио. В том же 1995 году она начинает преподавательскую деятельность в университете Нихон Ёши Дайгаку.
Впечатляющие архитектурные проекты, разрабатываемые К.Седзима, сочетают в себе самые современные стилевые решения и чувство свободного пространства. Среди прочих её созданий следует отметить здание Нового музея современного искусства в Нью-Йорке.
Кадзуо Седзима стала в 2010 году первой женщиной, руководившей проведением венецианского архитектурного биеннале.
Является обладателем ряда престижных международных наград в области архитектуры, в том числе Притцкеровской премии за 2010 год и Премии Рольфа Шока Шведской королевской академии искусств (обе - совместно с Рюё Нисидзава).