Iniciando a prática de desporto aos oito anos idade, Hiroyuki passou a ser treinado por Minoru Kano, no "Central Sports". Em 1996, no Campeonato das Escolas do Japão, o ginasta conquistou a medalha de ouro no concurso geral. Em 2002, estreando em mundiais, o ginasta viajou a Debrecen, onde participou do Campeonato Mundial de Ginástica Artística. No evento, foi quarto colocado nas argolas. No ano posterior, na edição de Anaheim, o ginasta foi bronze por equipes e individual geral. Em sua primeira aparição olímpica, nos Jogos Olímpicos de Atenas, em 2004, o ginasta fez parte da equipe japonesa medalhista de ouro. Classificado para a final do individual geral, foi sexto, e nas barras paralelas, foi prata. Em 2005, no Campeonato Mundial de Melbourne, Tomita conquistou o título mundial no concurso geral, somando 56.698 pontos.