栃木県烏山町（現那須烏山市）出身。1944年（昭和19年）、日本大学法文学部在学中に学徒出陣で応召し、宇佐海軍航空隊に配属。広島市への原子爆弾投下の際には九七式艦上攻撃機で広島への偵察を行なった。1947年（昭和22年）、日大法文学部卒業後、大分県文化財委員会などを歴任し、別府大学文学部教授（後に名誉教授）を務め、大分県を中心に、旧石器時代から中世に至るまでの広範囲の遺跡の発掘調査に関わり、九州の考古学のパイオニアと目された。主な研究は縄文農耕論で、縄文時代晩期に九州に見られる黒川式土器と中国の黒陶との類似性や黒川式土器に籾痕がみられることから、縄文時代晩期には既に稲作が行なわれていたと主張した。大陸との文化交流の研究にも力を注いだ他、文化財保護や修復復元にも尽力し、臼杵磨崖仏の復元保存、国宝指定に深く関わった。教育者としては、行政機関に多数の文化財担当者を育成するなど、文化財行政の発展に寄与した。
矢板高校から神奈川大学へ進学、エースとして活躍する。横浜四大学野球リーグでは在学中5回優勝。1955年の全日本大学野球選手権大会では準決勝に進むが明大に敗退。1956年に毎日オリオンズへ入団、外野手に転向する。同年は開幕から中堅手、五番打者として起用され、71試合に先発出場。しかし打撃面で結果を残せず、翌1957年からは衆樹資宏の入団もあって定位置を失う。その後は一時低迷するが、1960年は準レギュラーとして起用され同年のリーグ優勝に貢献。大洋ホエールズとの日本シリーズでは、第2戦の9回表2死から代打として出場するが三振に終わる。1960年オフに国鉄スワローズへ移籍。1961年は開幕から左翼手として起用され63試合に先発、シーズン後半はチャンスメーカーとしても活躍した。翌1962年には丸山完二が入団し出場機会が減少、同年限りで引退した。
愛称は「ナベさん」。「合成作画の第一人者」として、実景と見紛うような精密精緻な作画を手掛け、高い評価を得ている。渡辺は昭和17年に東宝に入社し、合成作画に従事するが、当時は「グラスワーク」（キャメラのレンズの前に枠ガラスを置き、ガラスに絵を描き込んで山や雲を画面に付け足す映画技法）が主流だった。これは撮影現場で描かれるものだったため、風が強い日などは絵の具が流されてしまった。作画係に配属された渡辺の手始めは作画合成による雲の描画で、これが成功したため、合成作画の専門家となった。1949年（昭和24年）、『空気のなくなる日』では合成作画の他に、画面すべてを絵で表現する「全画」という技法を日本で初めて使用。これは「空気が無くなり、横浜港が氷に閉ざされる」という場面で使われた。「初の試みは大成功でした」と語っている。東宝退社後は、大映などで作画を担当したが、大映の特撮スタイルは、東宝の大規模型と異なり、「特撮と分かってはいけない」という方針で、「このへんが特撮を売り物にして映画を作る東宝と考え方の違うところなんです」と語っている。1956年（昭和31年）の『宇宙人東京に現わる』では、天体Rの接近で地上が赤く照らされるシーンの特撮で、銀座の大交差点を実写撮影し、その上空部分を作画合成で表現することにした。渡辺は的場徹らと一週間ほとんど徹夜でこの画を完成させたのだが、途中で「早朝ロケで無人の風景だから、最初から全部絵でやればよかった」と気づき、結局絵で処理することになったという。的場は「笑い話ですよ」と語っている。「作画合成」という特撮技法は、キャメラのレンズの前に黒い「合成マスク」を立て、未感光部分を作り、フィルムをマガジンから取り出さずに、合成開始部分までフィルムを巻き戻し、この「マスク」のラインに合わせて精密な作画部分を写し込んで合成する「生合成」という手法で行われる。オプチカル・プリンターを使った場合の色調の変化などの無い、美しい色調が得られる半面、合成完了までキャメラを動かせず、ストップ・ウォッチを使って合成のタイミングを図るこの技法は、すべて渡辺の経験と勘に頼る職人技だった。ともに京都に赴任し、『釈迦』の現場で合成を担当したうしおそうじは、渡辺の勘頼りの生合成の成否への心配で夜も寝られず、「よっぽど東京へ帰ろうかと思った」と語っている。渡辺は「印象深い作品」としてこの『釈迦』を挙げ、「脂が乗り切った時期でしたが、大変な仕事でした」と述懐している。こういった手間のせいで、1980年代に入ると映画での生合成の仕事は減ったが、森田富士郎や大映京都時代のスタッフに頼られ、担当作品で呼ばれることが多かった。人物画では、地下鉄のキャンペーンポスターでマリリン・モンローを描いたことがあるという。うしおそうじや高山良策は東宝時代からの盟友で、うしおが動画会社「ピー・プロダクション」を設立した際には、うしおのたっての頼みで高山と共に発起人、役員となっている。以後、高山と共にピープロ専属となり、うしおは「亡くなるまでピープロ・オンリーでやってくれた」と語っている。渡辺の作画合成用の精緻なマット画は、普通サイズの画用紙にエアブラシを使い、ポスターカラーで描き込むという手法だった。ハリウッドでは100号サイズの画布に油彩で描くのが主流で、うしおが番組の海外セールスのためにアメリカの映画関係者に渡辺のマット画を見せると、「あの画面は、こんなに小さい絵だったのか」と一様にびっくりしたという。