La carriera di Takahiro Yamamoto inizia a livello scolastico con la Tottori High School, per poi passare alla Nippon Sport Science University. Nel 2001 esordisce nella nazionale giapponese, classificandosi al terzo posto al campionato asiatico e oceaniano; nel 2003 partecipa alla Coppa del Mondo, dove viene premiato come miglior realizzatore e MVP del torneo. Nella stagione 2001-02 inizia la carriera professionistica coi Panasonic Panthers. Nel 2007 è finalista al campionato asiatico e oceaniano, mentre un anno dopo partecipa ai Giochi della XXIX Olimpiade: al termine dell'ultimo torneo di qualificazione viene premiato come miglior realizzatore e miglior servizio della competizione.