25 Haziran 1892'de, Japonya'nın Chiba ilinin Shibayama ilçesinde doğdu. Kyoto Kraliyet Üniversitesi Tıp Fakültesi'ni bitirdi. 1921'de Japon Kraliyet Ordusu'nda yüzbaşı rütbesiyle cerrah olarak görevlendirildi. 1922'de Birinci Ordu Hastanesi'ne ve Ordu Tıp Okulu'na tayin edildi. Kyoto Kraliyet Üniversitesi'nde yüksek lisans yaptı. Bakterileri çoğaltma yöntemi üzerindeki başarıları, İshii'nin bilinirliğini artırdı.
1925'te birinci sınıf ordu cerrahı yapıldı. 1927'de biyolojik silah programını destekledi. 1928'de iki yıllık batı seyahatine çıktı. Seyahati süresince, I. Dünya Savaşı'nda geliştirilen biyolojik ve kimyasal savaşın etkilerine dair araştırmalar yaptı. Komutan Sadao Araki yardımıyla Ordu Bakanı yapıldı. 1931'de üçüncü sınıf kıdemli ordu cerrahlığına terfi etti.
1932'de, Zhongma Kalesi'nde, Japon ordusu için gizli şekilde biyolojik silah denemeleri yaptı. 1935'te ikinci sınıf kıdemli ordu cerrahlığına getirildi. 1936'da, biyolojik ve kimyasal silahları araştırmak ve geliştirmekle görevli Ünite 731 kuruldu ve bu kuruluş gizli tutuldu. İshii 1938'de birinci sınıf kıdemli ordu cerrahı oldu. 1940'ta Kwantung Ordusu Biyolojik Savaş Bölümü Başkanı oldu.
İshii 1942'de Çinli savaş esirleri ve Çinli siviller üzerinde deney yapmaya başladı. Yaklaşık 10.000 insan bu biyolojik deneylerde öldü. İshii 1942 ila 1945 arasında İlk Ordu'nun Tıp Başkanı oldu. Mart 1945'te genel cerrah oldu. Japonya aynı ay, kamikaze uçuşlarıyla California üzerinde biyolojik silah saldırısına başladı. Pasifik Savaşı'nın son günlerinde, Japon kuvvetleri, geride bir delil bırakmamak için Ünite 731'i bombalayarak yok etti.
İshii ve diğer Ünite 731 liderleri II. Dünya Savaşı'nda Japonya'yı işgal eden Amerikalı askerler tarafından yakalandı ve Sovyetler Birliği tarafından sorgulanmaya başlandı. İshii ve diğer liderler 1946'da dokunulmazlık almayı başardı. Soruşturma 1948'de sonuçlandı. İshii savaş suçundan dolayı herhangi bir ceza almadı.
9 Ekim 1959'da, altmış yedi yaşında, gırtlak kanserinden öldü.