于日本东京都。生父是化学家、北海道大学名誉教授大野公男。1973年北海道札幌南高等学校毕业，1976年东京大学工学部毕业。1981年获得工学博士学位（东京大学）。1983年担任北海道大学工学部讲师，1988年担任IBM客座研究员，1994年转任东北大学工学部教授，1995年升任东北大电气通信研究所教授。大野知名于稀磁半导体的强磁性与控制之研究，是磁性半导体研究的第一人。