Yamamura fait ses premiers films d'animation à 13 ans. Il suit des études artistique de peinture à l'Université Zōkei de Tokyo (Tōkyō zōkei daigaku) entre 1983 et 1987 pendant lesquels il travaille pour le cinéma en tant qu'artiste sur des modélisations d'effets spéciaux. C'est également dans cette période qu'il découvre l'animation et les films courts du Canada, de l'Europe ou de Russie, en particulier Ishu Patel, Iouri Norstein et Priit Pärn.
Une fois diplômé, il travaille pour Mukuo Studio, Inc.. En 1989, il décide de se mettre à son compte et en 1993 il fonde la Yamamura Animation, Inc. avec sa femme Sanae Yamamura, également artiste peintre. Il est actuellement sous-président de l'Association japonaise d'animation et membre du conseil d'administration de la branche japonaise de l'Association internationale du film d'animation.
Depuis 2008, Koji Yamamura est professeur à l'université des arts de Tokyo (東京藝術大学, Tōkyō Geijutsu Daigaku), où il enseigne l'animation 2D et accompagne les étudiants pour la post-production de leurs films.
En 2013, il ouvre le magasin et galerie Au Praxinoscope, dédié à l'animation.
Kōji Yamamura utilise divers matériaux pour ses films d'animation et, mis à part les voix et la musique, il en réalise intégralement l'aspect technique (tous les intervalles et les scènes clés). Son œuvre personnelle se compose uniquement de courts métrages. Il a cependant réalisé de courtes séquences animées pour la télévision ainsi que des clips. Il travaille également en tant qu'animateur, en particulier pour des films publicitaires.
Il a réalisé des films en pâte à modeler (en stopmotion), et des dessins animés mélangeant technique de dessin traditionnel puis coloration, animation et montage sur ordinateur.
Pour chaque film, il expérimente de nouvelles techniques et essaye de nouveaux styles. Dans une interview, il explique sa façon de travailler : « Mon approche est d'explorer les styles selon mes intérêts du moments ». «Je peux me permettre de repartir à zéro sur chaque projet et explorer des approches différentes dans mes œuvres. ».
