岐阜県多治見市出身。1966年名古屋高等学校卒業、1970年名古屋工業大学卒業、1975年京都大学大学院工学研究科工業化学専攻博士課程修了。1976年工学博士（京都大学）。論文の題は「A study on the electrolysis in liquid hydrogen fluoride (液体フッ化水素中での電解反応に関する研究)」。1976年から大阪工業技術試験所で主に水素の研究に従事し、1987年に金の触媒特性に関する論文を発表した。2001年からは産業技術総合研究所に移り、2005年から現在まで首都大学東京教授。2013年からは、名古屋工業大学の特別招聘教授を兼任している。1994年にはウィーン工科大学の客員教授としてドイツに赴任した。
本作品は、テレビシリーズ『うる星やつら』放映中では最後に作られた。レベルの高い作画や美術設定とは裏腹に、本来のラブコメディーから完全にかけ離れ、全体的に重く暗い雰囲気となった作品である。ストーリー構成のモチーフとしては『うる星やつら2 ビューティフル・ドリーマー』と同じく、現実と非現実の認識論・存在論的な再検討を試みたものとなっている。こうした問題が発生した原因として、様々な制約から当初の準備稿への変更が重ねられ、結果としてストーリーが分かりづらいものになったのではないかという見方もある。ストーリー全体、「ラム・ザ・フォーエバー」というサブタイトル、回想的なエンドロール、そして主題曲「メランコリーの軌跡」から、『うる星やつら』による、そのファン(＝終盤で「思い出だけでも生きていける」と宣言する「町の記憶」)への決別を迫った設定とも捉えられる。なお、未使用カットとしては、本編で面堂が祖父と会うシーンがセル画段階で没になっているものがあり、当時のファンクラブ会報にそのシーンのセル画が掲載されていた。
1973年、軍事クーデターの起きた南米・チリで、妻ベスと暮らしていたアメリカ人の青年チャールズ・ホーマンが行方不明になる。ベスから知らせを受けたチャールズの父エドは、現地でベスとともにチャールズの行方を追うが、その行方はようとして知れない。チャールズの失踪にはクーデターが深く関わっており、そこには米国による陰謀が見え隠れしていた。
室町時代は、在地領主鹿江氏らがこの地を治め、戦国大名龍造寺隆信が亡命先の筑後国から帰還を果たしたのもこの地であった。江戸時代になると、佐賀藩の直轄領となったほか、藩主鍋島氏の外戚家門石井氏に与えられ、番所を設置し、明治維新まで支配した。幕末には、藩営三重津海軍所が設置され、藩海軍の根拠地となった。
1948年1月17日、母親の疎開先であった福島県で生まれ、翌年東京に戻る。1965年、東海電波高等学校卒業。1966年、桑沢デザイン研究所に入学。1971年、「SFマガジン」の編集長であった森優より声をかけられ、早川書房の本のカバーを担当する。同年、ほるぷエージェンシーに入社し、1973年に退社。1973年1月号から1975年6月までの「SFマガジン」の表紙画を担当。この頃からハヤカワ文庫やサンリオSF文庫作品のカバーイラストを多く手がけるようになる。また、1977年に創刊された『劇画アリス』の表紙画も担当した。1986年から1993年にかけて、東京スポーツ連載の原康史「激録 日本大戦争」の挿絵を担当した。
翻訳家・評論家の大森望との対談で『夜は短し歩けよ乙女』について「押井守の作品を連想した」と聞かれ、「押井守さん好きなんです。ボーッとしてると、押井守と宮崎駿が自動的に出てくる。気を許すとそれが入ってくるので、後から読み返すと「うわっ、似てる」となるんです。」。そして「今回の小説としての作り方は特にち密だった」との感想に、「ファンタジーは強引にまとめられるので何とか書けるが、現実の物事がいろいろ複雑に絡み合ったクライマックスは頭に浮かばず書けない」「シリアスな小説を書く意味がよくわからない。シリアスなものは、怪談しか書けない。まして、ミステリーのように緻密なものは考えられない」と作風について答えている。
芸能界ではワイン通として知られ、自宅には200本のワインが常備されている。2009年に『SMAPがんばりますっ!!』内で放送された『仮面ライダーG』ではワイン好きの稲垣にちなんでワインボトルをバックルに装着することで稲垣が仮面ライダーGに変身するという設定になっていた。2015年には稲垣がソムリエの田崎真也と一緒に作ったボジョレーヌーボーがセブン-イレブンから発売された。ピアノ音楽が好きで、1日1回はピアノの音色に包まれる生活をしている。坂本龍一のファンで20歳ぐらいの頃に対談したのがきっかけで、音楽に対する関心も広がり、レコーディングスタジオにも招待してもらっていた。若い頃からサブカルチャーに関心を持っており、フリッパーズ・ギターや小沢健二、フィッシュマンズ等の音楽を好んで聴いていた。稲垣がフィッシュマンズを好きだったこともあり、佐藤伸治から稲垣のソロ曲「それはただの気分さ」（SMAPのアルバム『SMAP 011 ス』に収録。）を提供してもらった。この曲はLOVELOVEあいしてるに出演した際にギター演奏とともに披露している。ギターはTOKIOの城島茂に教えてもらい10代の頃から弾いていて、SMAPのコンサートでも披露していた。子どもの頃からクリント・イーストウッドに憧れ、父の背広を着てモデルガンを内ポケットに入れ街を闊歩するダーティハリーごっこをよくしていた。それ以来、銃にも詳しく『ゴロウ・デラックス』でさいとう・たかを氏の資料室を訪れた際には300挺を超えるモデルガンに興奮を抑えられない様子だった。ゴルフが好きで一人で回る事もある。その腕前は、プライベートで一緒に行ったことのある中居正広や木村拓哉曰く「すごい上手い」とのこと。