生于日本东京都。1996～2010任日本动画协会会长。一生共导演木偶动画电影14部，制作木偶动画电视2部。

自幼喜爱做木偶，作品曾入选东京都涩谷区木偶大赛。自旧东京府立工艺学校毕业后，进入横滨高等专科学校（现横滨国立大学）工学部建筑学科学习，于1944年毕业。1946年，考入东宝公司东宝电影制片厂美术部。作为美术，参与过《再一次》（五所平之助导演，1947）、《战争与和平》（山本萨夫和龟井文夫联合导演，1947）等日本电影大师们的战后作品的创作，也习得诸多电影语法。1947年起卷入东宝劳资纷争，以参与拍摄完成《黎明的逃脱》（谷口千吉导演，1950）为终结，被迫离开东宝公司独立。

1953年跟随其师、剧作家饭泽匡，与持永只仁等人结成“木偶艺术制作”工作室，着手木偶绘本的制作。1954～1957年，共参与了23部木偶绘本。1958年，与“木偶艺术制作”工作室同道一起设立广告公司“芝制片”，并成为持永只仁归国后所教导出的第一人，习得木偶的操控方法，完成诸多动画广告。1962年赴捷克斯洛伐克布拉格留学一年，并遍历东欧和东亚各国。回国后，边参与木偶美术、儿童电视节目中的木偶制作、广告等，边陆续发表个人作品。1968年，以处女作《摘花》获得马马亚国际动画电影节银奖。

在木偶动画电影方面，1972年的《鬼》表现袭击爱子的老母最终变成了鬼，获日本大藤信郎奖、法国昂西动画片节佳作奖和墨尔本电影节特别奖。1976年的《道成寺》表现女人对青年僧侣的盲目热爱而变成了大蛇，最终将爱人烧死。1979年的《火宅》改编自传统戏剧“能乐”，表现了因困于两个男人的爱而自堕地狱的少女。这三部作品均取材于古典传说，表现命运多舛的女性，因而被称为“不合理三部曲”。

20世纪80年代中后期，川本喜八郎积极参与国际合作，尤其与中国交往密切。1988年，与上海美术电影制片厂合作完成中国寓言《不射之射》。1989年，在日本与扬州木偶剧团合作的大型木偶剧《三国志》中担任木偶美术。1990年与捷克合作完成《荆棘公主或是睡美人》。

在木偶动画电视方面，他早在1967年就参与NHK的木偶工作。后在NHK木偶连续剧《三国志》（1982～1984）中大展身手，以高超精致的木偶制作而妇孺皆知。在社会活动方面，于1996年继手塚治虫后接任日本动画协会会长。2007年，在长野县饭田市设立“川本喜八郎木偶美术馆”，自任首届馆长。殁后的2012年，其出生地东京都涩谷区开设有“川本喜八郎艺廊”，向社会展示其所做的木偶以资纪念。