1942年1月27日，本庶佑生于日本京都。1975年取得京都大学医学博士学位。本庶曾在京都大学、东京大学医学部任助手，也曾兼任美国卡内基研究所、美国国立卫生研究院的客座研究员，在许多美国研究机关以客座身份活动。1984年开始专职担任京都大学基因实验设施负责人。
此后数十年，他担任过弘前大学教授、京都大学研究科长、医学部学部长等职。2005年开始转为京都大学教授。本庶教授建立了免疫球蛋白类型转换的基本概念框架，他提出了一个解释抗体基因在模式转换中变化的模型。
1992年，本庶佑最早在淋巴细胞膜上发现了一种免疫球蛋白受体，当时认为与细胞程序性死亡有关，故命名为PD-1(Programmed cell Death 1)。随后发现T细胞膜上的PD-1受体，受到刺激时可以抑制T细胞功能，这些重要发现先后发表在不同的国际免疫学期刊上。 PD-1阻断疗法曾在2013年被《Science》评为年度十大科学突破之首。