业大学理学部。之后在东京工业大学大学院理工学研究科攻读应用物理学，取得工学博士学位。毕业后，齐藤进入清水建设工作，在技术研究所担任超音波探伤的研究员。1986年，前往普林斯顿大学等离子物理学研究所担任了3年的客席研究员。1993年，参加第40届众议院议员总选举，代表公明党在旧广岛1区出战并当选。之后转战比例中国区，至今已连续当选7次众议院议员。2008年8月，福田康夫首相改造内阁时，任命齐藤为环境大臣；一个多月后，麻生太郎接任首相，齐藤继续留在麻生内阁担任环境相。2009年，就日本至2020