Yoshio Tsuchiya nasce il 18 maggio 1927 a Yamanashi. Figlio di un professore di letteratura alla Università Waseda di Tokyo, Tsuchiya cresce ascoltando opere di Shakespeare, lette dal padre, il quale ne era il traduttore giapponese, come racconti della buona notte. Una simile infanzia lascia il segno nel giovane Tsuchiya tanto che, benché completi gli studi per diventare medico, si unisce al rinomato gruppo teatrale Hayuza per intraprendere la carriera di attore.
Nel 1954 il regista Akira Kurosawa lo convince a partecipare all'audizione del film I sette samurai ed in seguito gli viene assegnato il ruolo di Rikichi. Da quel momento inizia la sua lunga carriera di attore, apparendo in molti film di Kurosawa e Honda. Ha sempre preferito recitare nei film di fantascienza, soprattutto interpretando alieni oppure persone possedute da loro.
I suoi ruoli più famosi sono il Controllore del Pianeta X in L’invasione degli astromostri, Masafumi Kasai in Matango e Yasuaki Shindo in Godzilla contro King Ghidora.
Grande appassionato di Ufologia, ha scritto alcuni libri sull'argomento.
Tsuchiya muore l'8 febbraio 2017.