「変形の河森」と呼ばれ、ロボットから他形態（飛行機・車）への変形機構デザインをライフワークとしている。平面上の図案に止まらず、自ら試作モデルを作り、立体化を提案するプランナーでもある。この試作にはレゴブロックを用いるが、可動部を綿密に検討するため、デザイン完成まで数年掛かりという場合もある。なお、子供の頃に親から買ってもらったフィッシャーテクニックというブロックはその性質上、可変メカの試作という点ではレゴよりも数段上との事で、あれがあれば楽だけど手に入らないからレゴを使っていると語っている。『マクロスF』の主役機・VF-25では、河森のレゴ試作をCGスタッフが忠実に3DCGモデルで再現し、それを基にCGモデルを製作する手法が採られている。架空のメカデザインにも、航空機や自動車など実在物のリアリティーを投影するのが特徴である。これは実際のメカから影響されたものだが、『サンダーバード』からも影響を受けたと語っている。2006年には『トランスフォーマー』のマスターピース・スタースクリームのデザインを監修したが、ビークルモードを実在する戦闘機F-15のデザインに近づけようとした結果、ロボットモードが劇中のスタースクリームとは似て非なる物になった。実在するSu-27が双発ジェット機の理想形であると考えており、自身の航空機デザインにおいてもSu-27に範を取った滑らかなシルエットを多用する。また翼形については視覚的な特徴にもなる可変翼や前進翼、カナードを好み、特に可変翼は(機体そのものが変形するデザインが多いこともあり)様々な可動方式で頻繁に採用する。
1990年代後半はゲーム関連の仕事が増え、「アーマード・コアシリーズ」『超鋼戦紀キカイオー』『オメガブースト』『マクロスVF-X2』などに関わりCG技術の可能性を学ぶ。2000年代からは『Kenjiの春』からの付き合いがあるサテライトを創作の場とし、3DCGを駆使したより複雑な映像表現に挑戦している。2003年には同社取締役に就任。環境問題を扱った『地球少女アルジュナ』や『創聖のアクエリオン』などを発表。デザイナーとしてはソニーのペットロボットAIBOのカスタムデザインを担当。『交響詩篇エウレカセブン』では空中をサーフィンするロボットLFOを考案した（空中サーフィンは『地球防衛家族』で大地ファミリーが乗るホバーボードが原型）。マクロスシリーズ25周年の集大成的な作品『マクロスF』（2008年）、『劇場版 マクロスF」2部作（2009年・2011年）、『マクロスΔ』（2016年）、『アクエリオン』の続編『アクエリオンEVOL』（2012年）や、アイドルグループAKB48をモチーフとしたテレビアニメ『AKB0048』（2012年/2013年）、日中合作アニメ『重神機パンドーラ』（2018年）ではいずれも総監督およびメインメカデザイナーとして携わる。2019年には、プロクリエイターに成ってから40年を迎えた事を記念し、同年5月から6月にかけて、これまでに関わった数多の作品用に描いたデザイン画など、各種創作物の展示などを中心にしたイベント『河森正治EXPO』が開催される。
1654年（承応3年）に、長州藩2代藩主・毛利綱広によって周防国防府（現・山口県防府市）の三田尻に建築される。当時の三田尻は、萩城から続く萩往還の終点として、瀬戸内海側における長州藩の玄関口であった。三田尻御茶屋は参勤交代や領内巡視時の藩主の宿泊・休息施設、そして迎賓などの為に造られた。7代藩主の重就は、防府の塩田を度々視察するなどして防府の発展に寄与していたが、家督を譲って隠居した翌年の1783年（天明3年）には三田尻御茶屋の大規模な改築を行った。大観楼などの建設はこの時に行われた。改修後に重就が三田尻御茶屋へ移住して、晩年の6年間を防府で過ごしている。この時、三田尻茶屋は「三田尻御殿」と呼ばれた。ただし、藩財政が厳しい中で行った大きな改築に反発があったのか、重就の死後には三田尻御殿の名称は廃され、御殿も一部を解体するなどして、規模は縮小された。1851年（嘉永4年）に、13代藩主・敬親が行った改築により、現在とほぼ同じ規模になった。1863年（文久3年）には、京都の政変で三条実美ら7人の公卿が長州へ逃れてきた（七卿落ち）。三条らは三田尻御茶屋の大観楼棟に約2ヶ月滞在して、その時に敬親や高杉晋作らと面会している。さらに、敷地の北側に招賢閣（しょうけんかく）が建てられ(三田尻御茶屋の一時的な別称という説もある)、三条らの会議場所となった。招賢閣には幕末の志士達が足繁く立ち寄ったが、翌1864年（元治元年）の禁門の変の後には廃止され、さらに明治維新後に解体された。一方で、三田尻御茶屋そのものは明治時代以降も毛利家の別邸として使用されている。なお、1916年（大正5年）に、公爵毛利家の新たな本邸が防府市多々良に完成しており、これを多々良邸と呼ぶのに対して、三田尻茶屋は三田尻邸とも呼ばれていた。1939年（昭和14年）に、毛利家から防府市に寄付され、防府の産業振興に尽力した重就の法名から「英雲荘」と名付けられた。太平洋戦争終結後は、進駐軍将兵らの集会所となった。大観楼棟1階をダンスホールとするため、畳を取り外して絨毯敷きにするなどの大改築が行われた。その後、市の公民館などとして使われてきたが、1989年（平成元年）9月3日には、萩往還関連遺跡三田尻御茶屋旧構内として、国の史跡に指定される。そして、1996年（平成8年）に修復保存作業が始まり、各棟を往年の姿に復元し、2011年（平成23年）9月より一般に公開された。