1978年10月20日出生于日本爱知县春日井市。东京商船大学（东京海洋大学的旧名）毕业后，进入动画公司MADHOUSE担任製作进行，然后转行从事演出。曾在MADHOUSE任职期间别名神乐坂时市参加动画的製作。其别名来自于他的居住地和祖父的名字。

2006年至2009年期间担任《死亡笔记》担当导演助手、《穿越时空的少女》《夏日大作战》担当助理导演之后，于2010年由A-1 Pictures製作的原创电视动画《世纪末超自然学院》成为他担任导演的处女作。

他也是长寿广播节目《青春Radimenia》的忠实听众，而他执导的《世纪末超自然学院》曾经上过同名广播节目作介绍，另外该作品的片头曲“飞行的类人类”也在2010年10月16日的时候被点播。

2012年，第二部由他导演的电视动画《刀剑神域》不仅大获成功，也使原作小说在本身人气的基础上，快速继续上升。该电视动画并在2013年获得“第12届东京动画奖优秀作品奖”。而他在2014年导演该电视动画的续作《刀剑神域Ⅱ》却故事拖沓引起很多人诟病。

2013年，由他导演的电视动画《银之匙》受到了不错的评价。在2014年推出续作动画时由于他导演《刀剑神域Ⅱ》，导演更换为出合小都美。

2016年，由他导演的电视动画《只有我不存在的城市》在富士电视台noitaminA档播出。这是noitaminA续《乱步奇谭 Game of Laplace》、《全部成为F THE PERFECT INSIDER》之后，noitaminA2015推理三部曲的最后一部。

2017年，他首次导演的动画电影《刀剑神域 -序列之争-》最快更新深夜档剧场版动画票房记录，最终票房以全球43亿日元成为日本深夜档动画剧场版的最高记录。2017年10月1日在“电击文库 秋之祭典2017”宣布电视动画第三季《刀剑神域 Alicization》製作决定，导演更换成小野学。在两任导演交接对谈中，伊藤智彦表示“Alicization篇”很难影像化，不过“Alicization篇”能动画化当然也很好。所以，在做剧场版的最后一幕的时候虽然还不知道谁会来做后续，就抱着“给我接着这个接力棒”的想法製作了最后一幕。“若是交给有实绩的小野的话我就安心了”。

2019年，首次担任原创动画电影导演《HELLO WORLD（你好世界）》。