Satō schloss im Jahr 1904 die Höhere Handelsschule von Tokio (, "Tōkyō Kōtō Shōgyō Gakkō"), die heutige Hitotsubashi-Universität, ab. Ein Jahr später bestand er die Aufnahmeprüfung für den Diplomatischen Dienst und nahm eine Stelle im japanischen Außenministerium an. Nach der Verwendung als japanischer Generalkonsul in Mukden und als Chefsekretär bei der Aushandlung des Londoner Flottenvertrags diente er zwischen 1930 und 1933 als japanischer Botschafter in Belgien und Frankreich. Im März 1937 wurde er Außenminister im kurzlebigen Kabinett von Hayashi Senjūrō. Im nachfolgenden ersten Kabinett von Konoe Fumimaro und unter Tōjō Hideki diente er als außenpolitischer Berater. Im Jahr 1942 kam er dem Wunsch des damaligen Außenministers Tōgō Shigenori nach und wurde Botschafter Japans in der Sowjetunion. Dies blieb er bis zur sowjetischen Invasion in der Mandschurei im August 1945. Während seiner Zeit als Botschafter sollte er versuchen, auf Basis des Japanisch-Sowjetischen Neutralitätspakts die Kooperation zwischen beiden Staaten auszubauen und die Sowjetunion eventuell zur Unterstützung der japanischen Kriegsanstrengungen im Pazifikkrieg zu bewegen, was aufgrund der immer schlechteren Lage für Japan stetig abgewiesen wurde.