Satō aloitti uransa Karting-sarjoissa. Vuonna 2006 Satō kilpaili Formula BMW UK -sarjassa, jossa hän sijoittui sarjan kymmenneksi. Vuonna 2007 Satō jatkoi sarjassa voittaen yhden kilpailun sijoittuen loppupisteissä neljänneksi. Vuonna 2008 Satō ajoi Formula Challenge Japan -sarjassa sijoittuen sarjan toiseksi. Samana vuonna hän ajoi yhden kilpailun Formula BMW Pacific -sarjassa. Vuonna Satō ajoi Japanin Formula 3 -sarjassa, jossa hän oli National Class -luokassa sarjan toinen. Vuonna 2010 hän jatkoi sarjassa ollen neljäs. Vuonna 2011 Satō siirtyi Formula 3 Euroseries -sarjaan voittaen yhden kilpailun sijoittuen sarjan kymmenneksi. Vuonna 2012 Satō siirtyi Saksan Formula 3 -sarjaan sijoittuen loppupisteissä kolmanneksi voittaen kauden aikana neljä kilpailua. Vuonna 2013 Satō kilpaili Auto GP World Series -sarjassa. Hän voitti kauden aikana viisi kilpailua sijoittuen sarjan toiseksi. Samana vuonna hän ajoi Sauberin nuorten kuljettajien testeissä Silverstonessa ja toimi tallin vara ja -kolmoskuljettajana Japanin GP:n ajan. Vuonna 2014 Satō kilpaili GP2-sarjassa Campos Racing-tallissa saavuttaen kaksi pistettä. Samana vuonna hän jatkoi Auto GP -sarjassa voittaen sarjan mestaruuden.