1979년 일본 나라 현에서 태어났다. 교토대학교 생물기능과학과에서 응용생명과학을 전공하고, 동대학원 농학연구과 석사과정을 수료했다. 2003년 『태양의 탑』으로 제15회 일본판타지 노벨대상을 수상하면서 소설가로 데뷔했다. 2006년 『밤은 짧아 걸어 아가씨야』로 제20회 야마모토슈고로상을 수상하고 서점대상 2위에 올랐으며, 이듬해 발표한 『유정천 가족』이 서점대상 3위를 차지하는 등 인기 작가로 자리 잡았다. 『펭귄 하이웨이』로 2010년 제31회 일본 SF대상을 수상하고 서점대상 3위로 올라, 다시 한번 모리미 도미히코의 저력을 확인시켜 주었다. 이후, 2014년 『거룩한 게으름뱅이의 모험』으로 교토 책 대상을 수상하고, 2017년 『야행』으로 서점대상 8위에 오르기도 했다. 그의 작품은 ‘매직 리얼리즘’ 기법으로 현실과 가상을 교묘하게 배열하는 독특한 세계관과 고풍스러운 문체, 교토를 배경으로 하는 것이 특징이다. 그 밖의 작품으로 『다다미 넉 장 반 세계일주』 『여우 이야기』 『달려라 메로스』 『연애편지의 기술』 『요이야마 만화경』 『열대』 등이 있다. 『밤은 짧아 걸어 아가씨야』는 모리미 판타지 최고의 수작이자 대표작으로, 2017년 유아사 마사아키 감독의 애니메이션으로도 제작되었다. 검은 머리 귀여운 후배 ‘아가씨’를 짝사랑하는 어수룩한 대학생의 분투기를 그린 이 소설은 유쾌하고 비현실적인 캐릭터들을 대거 등장시켜 현실과 가상을 주물럭주물럭한, 뛰어난 ‘망상력’이라는 엔진을 달고 질주하는 이야기이다.