Il est diplômé de la haute école de commerce de Tokyo (東京高等商業学校| Tōkyō Kōtō Shōgyō Gakkō, à présent université Hitotsubashi) en 1904, suit un cours de formation consulaire du même institut et y termine ses études en 1905.
En 1942, il est nommé ambassadeur en URSS à la demande du ministre des Affaires étrangères, Shigenori Tōgō. Il n'a de cesse de rechercher la paix avec les Alliés grâce à l'aide de l'URSS en raison du pacte de neutralité nippo-soviétique, alors que les conditions de la guerre s'aggravent pour le Japon impérial. Cependant, Satō constate et communique à Tokyo qu'il est peu probable que l'URSS aide le Japon impérial car il est fort probable que celui-ci perdra la guerre, et invite le gouvernement impérial à mettre fin à la guerre le plus tôt possible. Le , il est convoqué au Kremlin par Viatcheslav Molotov, ministre soviétique des Affaires étrangères et reçoit une déclaration de guerre contre l'empire du Japon.