カリフォルニア州ロサンゼルスに生まれる。父は詩人の野口米次郎、母は作家で教師のレオニー・ギルモア。

当時米次郎は日本に滞在中であった。

母と日本に移住。東京・高輪の森村学園附属幼稚園に通園する。

「イサム・ギルモア」として横浜市のセント・ジョセフ・インターナショナル・カレッジへ入学。大工、指物師に弟子入り。

インディアナ州の学校に送られるが、学校が閉鎖され軍事訓練場となったため、地元の公立学校に写る。

コロンビア大学医学予科コースに入学。医学者野口英世と出会い、医師ではなく芸術家になるように助言を受ける。

日本より帰国していた母レオニー・ギルモアよりニューヨークのレオナルド・ダ・ヴィンチ美術学校の彫刻クラスを勧められ、コロンビア大学を中退し、彫刻に専念する。「イサム・ノグチ」を名乗る。国立彫刻家協会会員となる。

ブラマー画廊でのコンスタンチン・ブランクーシ展に深い感銘を受ける。

グッゲンハイム奨学金を受けてパリに行き、彫刻家コンスタンチン・ブランクーシの助手をつとめる。アレクサンダー・カルダー、モリス・カンターらアーティスト集団と交流を持つ。

奨学金の３年目の更新はならず、ニューヨークに帰る。カーネギー・ビルにアトリエを構え肖像彫刻で生計を立てる。

初の個展を開催し、パリで制作された抽象彫刻を展示する。バックミンスター・フラー、マーサ・グラハムに出会う。

バックミンスター・フラーと巡回展示の旅に出る。パリ滞在中、母から「野口の姓を名乗って日本に来ては行けない」という父の拒絶を伝えられる。ショックを受けるが、モスクワ経由で北京を目指す。北京では斉白石に学び、具象的な毛筆画を制作する。

父とは緊迫した関係にあるも来日。親戚の世話になる。京都を旅し禅庭園、埴輪彫刻を見る。陶工宇野氏のもとで統制兆候を制作。冬にニューヨークに戻る。

マーサ・グラハムの舞踏団のために初めて舞台装置を制作。長期にわたる共作の始まり。

ゼニス・ラジオ・コーポレーションより依頼を受け、インターホンをデザイン（ラジオナース）。ノグチにとって初めての工業製品である。

ハワイへ。初めての遊具をアラモアナ公園のためにデザインしたが実現せず。

友人アーシル・ゴーキーらと共にカリフォルニアまでドライブ。日本軍パールハーバー攻撃時はロサンジェルスに滞在。

過酷な日系人立ち退きと移住について当局関係者と協議。自らの意思でアリゾナ州ボストンの強制収容所に入り、環境改善プロジェクトに取り組む。６ヶ月後、強制収容所を離れ、ニューヨークに戻る。

ニューヨークのグリニッジ・ヴィレッジにアトリエを構える。光の彫刻「ルナー彫刻」を作り、３脚のシリンダーランプをデザインする。（翌年Knoll社より製品化）複数の素材で彫刻を制作。

ニューヨーク近代美術館「14人のアメリカ人展」にて彫刻作品12点が展示される。翌年、父・野口米次郎死去。

ニューヨークのギャラリーにて14年ぶりの個展を開催。ボーリンゲン財団奨学金を得て、ヨーロッパ・アジアを旅する。

1931年以来の来日。講演を行い、様々なアーティスト、建築家と交流を持つ。建築家・谷口吉郎とともに東京三田の慶應義塾大学にて父・野口米次郎を記念する談話室のデザインを依頼される（1952竣工）。日本橋三越で個展を開催。陶器、家具、彫刻、模型等を展示。秋にニューヨークに戻り、日本人女優・山口淑子と出会う。

3月、日本に戻る。丹下健三の助力により広島平和大橋の欄干デザインを依頼される（1952竣工）。AKARIの製作開始。

丹下健三、広島市長の要請を受け、＜原爆慰霊碑＞をデザインするが広島都市建設専門委員会によって拒否される。

12月、山口淑子と神道儀式により結婚。陶芸家・北大路魯山人の鎌倉の家で暮らし始め、離れにアトリエも構える。新たな彫刻作品、AKARIを鎌倉・神奈川県立近代美術館の個展にて展示。

ニューヨークでの初のAKARI展を開催。

パリのユネスコ本部の庭園をデザイン（1958竣工）。岐阜にて鋳鉄の彫刻を製造。山口淑子と離婚。

横浜「こどもの国」のための遊び場をデザイン。はじめて実現した遊び場案となる。

マーサ・グラハム「鷲の葬列」の舞台装置をデザイン。これが劇場をめぐる最後の仕事となる。

香川牟礼にてシアトル美術館のための作品を制作。和泉正敏との共作が始まる。

大阪万博にて９つの噴水が実現。

東京・草月会館にてインテリア「天国」のデザインを始める（1978竣工）。

ショージ・サダオと共にニューヨークイサム・ノグチ庭園美術館の建設に取り掛かる（1985開館）。

香川県高松市牟礼のアトリエにて和泉正敏と共にイサム・ノグチ庭園美術館の建設に取り掛かる。

ロナルド・レーガン大統領よりアメリカ国民芸術勲章を授与される。

札幌モエレ沼公園のマスタープラン作成（2005開園）。新高松空港のための大型彫刻をデザイン（1995竣工）。勲三等瑞宝章授与。

ニューヨークにて死去。