1884年4月4日，日本長岡市武士高野貞吉家的第六個兒子呱呱墜地了。因為這一年高野貞吉56歲，所以給兒子取名為「高野五十六」。
這位貧困武士的兒子，自幼具有堅強的意志和爭強好勝的進取精神。17歲那年，他考入江田島海軍學校，1904年畢業後任「日進」號裝甲巡洋艦上的少尉見習槍炮官，參加了日本海軍名將東鄉平八郎指揮的1904——1905年的日俄海戰。在戰鬥中，他負了重傷，左手的食指、中指被炸飛，下半身被炸得血肉模糊，留下了纍纍彈痕和終身殘疾。由於他只剩下了八個手指，同僚們給他起了個「八毛錢」的綽號。1914年，他以上尉軍銜進入海軍大學深造，1915年晉陞為少佐。1916年，他從海軍大學畢業後，登記為山本帶刀之養孫，改姓「山本」，由高野五十六成為山本五十六。
他是一個孝子，當軍官後還常常回鄉為高野、山本兩家的祖墳掃墓，大部分薪水都寄給了母親，接濟哥哥、姐姐，有時還為親戚和老師的子弟繳納學費。據說這是他遲遲不成家的一個重要原因。1918年8月，山本和故鄉一位樸實、美貌的擠牛奶姑娘禮子在東京舉行了婚禮。婚後他們生有兩男兩女。
山本五十六身材短粗，略顯駝背，但卻很結實。他身高只有1．59米，與他崇拜的偶像東鄉平八郎恰好一般高。他外表文質彬彬，神情憂鬱，顯得心事重重，內心卻倔強剛健，膽大心細，深謀遠慮，富有帶兵才能。1924年，山本剛調到霞浦航空隊任副隊長時，這裡的飛行員留長頭髮，蓄小鬍子，軍容不整，軍紀鬆弛。他決心加以整頓。可這些散漫慣了的飛行員。起初根本看不起這位其貌不揚的外行長官。年已40的山本，除嚴格要求部屬履行自己的職責外，每天主動象小伙子一樣接受幾小時的飛行訓練。沒過多久，他的飛行技術超過了不少青年學員，達到了單飛教練機的水平。他以自己的意志和才幹，在飛行員中建立了威信。在山本的組織指揮下，霞浦航空隊的訓練和軍紀煥然一新。1926年，山本調任赴美時，隊員們十分惋惜。當山本乘坐的」天洋丸」號起航時，一個中隊的飛機出現在該船上空，飛行員們駕機俯衝掠過，向他們尊敬的上司道別。
1928年，山本從美國歸國，先後在巡洋艦「五十鈴」號、航空母艦「赤城」號上擔任艦長和海軍航空部技術處長、第一航空隊司令官等職。1930、1934年兩次赴倫敦參加海軍裁軍會議。1934年晉陞中將，就任航空部部長。在此期間，山本最感興趣的是飛機，他大肆鼓吹「空軍本位主義」，「以航空母艦為基地的進攻戰」。
他以東鄉平八郎的一舉成功的戰略思想為基礎，認為要與實力雄厚的美英開戰而操勝券，必須突然襲擊，先發制人，開戰之初就使對方崩潰。偷襲珍珠港的大膽設想的出籠，正是山本戰略思想的必然產物。
美國人約翰．托蘭對山本進攻珍珠港計劃的產生曾有一個符合邏輯的推測。1921年，美國出版了《太平洋海上霸權》一書。四年後該書的部分內容被創作為小說，取名《偉大的太平洋戰爭》，書中描寫了一支日本艦隊偷襲珍珠港、關島和菲律賓群島等情況。這本書被日本海軍參謀部譯成日文，列入海軍大學的課程。該書出版時，山本正在華盛頓任武官，這位孜孜不倦地鑽研海軍學術，又具有相當英語造詣的山本，不可能不注意到這本書。
奇襲珍珠港作戰計劃的產生與山本的性格特點也有密切的關係。山本是個冒險家，極喜歡在陡壁、橋邊等危險的地方表演倒立行走，對賭博尤為著迷。西方有人針對奇襲珍珠港之戰說過，只有賭徒才敢冒那麼大的風險。山本正是賭徒，他把賭博和碰運氣的遊戲看得比飲食還重要，玩撲克、打橋牌、下圍棋、打賭都稱得上是行家裡手。他與同僚賭，與部屬賭，還常跟藝妓賭，走到那裡，賭到那裡，而且賭得認真，賭技超群。1910年，山本為一件不大的事與他的密友掘一下子賭了3000元，這筆錢在當時能買幢好房子，結果山本輸了。雖然掘一笑了之，山本卻堅持還債，每月從薪金中扣，一直扣了十幾年。山本出使歐洲時，進過好幾個國家的賭場。傳說由於他賭得太精，贏錢太多，有的賭場經理禁止山本入場。山本也曾誇口說，如果讓他在世界上逍遙兩年，贏的錢至少能買幾艘大軍艦。總之，東鄉的影響，美國的小說，加上山本個人秉性等各種因素，促成了奇襲珍珠港計劃的形成。1939年9月1日，在德國入侵波蘭的當天，山本當上了聯合艦隊司令官。從這時起，他基本上可以放手按他的觀點建設現代化日本海軍，訓練重點放在以航空母艦為基地的航空兵方面。在1940年的一次春季演習中，當他看到航空兵在訓練中取得理想成績時，轉身對他的參謀長說：「訓練很成功，我想進攻夏威夷是可能的。」從這時候起，山本就著手準備珍珠港之戰了。
珍珠港位於日美之間太平洋東部的夏威夷群島，距日本3500多海裡，距美國本土2000海里，是美國太平洋艦隊最重要的基地。1941年1月7日，山本寫信給海軍大臣及川古志郎，正式提出了偷襲的設想。此後就和幾個參謀一起，極端秘密地制定「Z」作戰方案。6月，正式方案提出後，曾在日本上層引起爭論，一些人不相信龐大的艦隊橫渡3500海里而不被發現，對這一計劃的可行性表示懷疑。山本固執己見。甚至以辭職相要挾。日本統治集團為了「南進」，於10月中旬批准了這個計劃。於是，山本指揮聯合艦隊選擇了與珍珠港相似的鹿兒島灣，開始了緊張的模擬訓練。
1941年12月7日凌晨，從六艘航空母艦上起飛的第一攻擊波183架飛機，穿雲破霧，撲向珍珠港。7時53分，機群發回「虎、虎、虎」的信號，表示奇襲成功。此後，第二攻擊波的167架飛機再次發動攻擊。倉促應戰的美軍損失慘重，8艘戰列艦中，4艘被擊沉，一艘擱淺，其餘都受重創；6艘巡洋艦和3艘輔助艦艇被擊傷，188架飛機被擊毀，數千官兵傷亡。日本只損失了29架飛機。日本聯合艦隊的軍官們握手相慶，欣喜若狂。山本雖故作鎮靜，但他的部屬們仍看得出他激動得滿臉通紅，露出開心的笑容。
珍珠港事件發生後，美國總統羅斯福把12月7日宣佈為「國恥日」，而大洋另一邊的日本舉國歡慶。山本五十六立即成為家喻戶曉，婦孺皆知的大英雄。由於山本策劃和創造了世界海戰史上遠距離偷襲的奇跡，使得他威名大震，顯赫一時。山本面對其一生的最得意之作，並沒喪失理智。他深知，當時美國的生產能力數倍於日本。美國的戰爭機器一旦開動起來，日本斷難獲勝。出於賭徒的本能，山本想對美國再進行一次奇襲，進攻珍珠港西北近1300英里的中途島。但是，這次山本輸了。由於美軍破譯了日軍的密碼，贏得了作戰準備時間，調兵遣將，布下了伏擊日軍的陷阱，以劣勢兵力重創日軍，擊沉了日本的4艘航空母艦，一艦重巡洋艦，重傷1載重巡洋艦和2艘驅逐艦，擊毀日機332架，數千日軍官兵包括許多富有經驗的艦載機飛行員喪生。美軍僅損失航母一艘、驅逐艦一艘，飛機147架。這一挫折，沉重打擊了山本的自尊心，日本海軍也從此開始走下坡路。
1943年4月，美軍情報人員再次破譯了日軍的密碼，獲悉山本將於4月18日乘中型轟炸機，由6架零式戰鬥機護航，到前方視察的消息。羅斯福總統親自做出決定：「截擊山本。」美國人從容部署，派出戰鬥機空中伏擊，擊落了山本五十六的座機。第二天，日軍找到了座機殘骸。山本五十六依然被皮帶縛在座椅上，他頭部中彈，仍挺著胸，握著佩刀，但垂下了頭。
日本方面將山本五十六的死訊封鎖了34天。5月21日東京電台才宣佈「山本壯烈犧牲」的消息。日本當局追授山本元帥軍銜。6月5日，舉行了百萬人參加的葬禮。