京都市立芸術大学卒業。1987年アメリカのタングルウッド音楽祭に参加。その後、レナード・バーンスタイン、小澤征爾らに師事。89年新進指揮者の登竜門として権威あるブザンソン国際指揮者コンクールで優勝、国際的な注目を集める。95年レナード・バーンスタイン・エルサレム国際指揮者コンクールで優勝し、「レナード・バーンスタイン桂冠指揮者」の称号を授与される。

これまでパリ管弦楽団、ベルリン・ドイツ交響楽団、ケルンWDR交響楽団、バイエルン国立歌劇場管弦楽団、ベルリン・フィルハーモニー管弦楽団、ロンドン交響楽団、北ドイツ放送交響楽団（現・NDRエルプフィルハーモニー管弦楽団）等、欧州の一流オーケストラに多数客演を重ね、絶大な人気を誇っている。2015年よりオーストリアで110年以上の歴史を持つトーンキュンストラー管弦楽団音楽監督に就任し、欧州の拠点をウィーンに置いて活動している。

海外のオペラ公演でも実績を重ねており、2003年「エクサンプロヴァンス音楽祭」での『椿姫』（演奏：パリ管弦楽団）、2007年「オランジュ音楽祭」でのプッチーニ『蝶々夫人』（演奏：スイス・ロマンド管弦楽団）、トリノ王立歌劇場では2010年ブリテン『ピーター・グライムズ』、2012年『カルメン』、2015年2月に『フィガロの結婚』を指揮。

国内では兵庫県立芸術文化センター芸術監督、新日本フィルハーモニー交響楽団音楽監督、シエナ・ウインド・オーケストラ首席指揮者、「サントリー　1万人の第九」総監督を務めるほか、2015年9月まで「題名のない音楽会」（テレビ朝日系列）の司会者を7年半務めていた。

CDを多数リリースしており、『ドヴォルザーク：交響曲第9番〈新世界より〉（ベルリン・ドイツ交響楽団）』『チャイコフスキー：ピアノ協奏曲第1番（BBCフィルハーモニック/ピアノ辻井伸行）』、『ベートーヴェン：交響曲第7番（ベルリン・ドイツ交響楽団）』、『佐渡裕 ベルリン・フィル・デビューLIVE』、『ベートーヴェン【運命】シューベルト【未完成】』（ベルリン・ドイツ交響楽団）などの海外オーケストラとの共演CD、シエナ・ウインド・オーケストラを指揮した『ブラスの祭典』シリーズ、『TEENAGERS～佐渡裕とスーパーキッズ・オーケストラの奇跡』などが大ヒットセールスを記録している。トーンキュンストラー管弦楽団とも録音を重ねており、最新盤は21枚目となる『マーラー：交響曲第7番』を2024年10月にリリース。

著書に「僕はいかにして指揮者になったのか」（新潮文庫）、「僕が大人になったら」（PHP文庫）、「棒を振る人生～指揮者は時間を彫刻する～」（PHP新書）、絵本「はじめてのオーケストラ」＜絵：はたこうしろう＞（小学館）等がある。

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