Yamaguchi is op 16 Maart 1916 gebore. Hy het by Mitsubishi Swaar Industrieë aangesluit in die 1930's en was 'n tekenaar wat olietenkers ontwerp het.
Yamaguchi het in Nagasaki gewoon en gewerk maar in die somer van 1945 is hy vir drie maande na Hirosjima vir 'n sakebesoek. Op 6 Augustus het hy homself voorberei om die stad saam met twee van sy kollegas, Akira Iwanaga en Kuniyoshi Sato, te verlaat. Oppad na die treinstasie het hy agtergekom dat hy sy hanko ('n soort seël) vergeet het en moes hy terugkeer om dit te gaan haal. Om 8:15 was hy op pad na die dokke toe die Amerikaanse Boeing B-29 Superfortress Enola Gay die Little Boy-atoombom naby die middestad, slegs 3 km weg, laat val het. Yamaguchi onthou dat hy die vliegtuig en twee klein valskerms gesien het voordat daar 'n "groot flits in die lug was en alles is omgeblaas". Die ontploffing het sy oordromme laat bars, hy was tydelik verblind en hy het talle ernstige brandwonde opgedoen op die boonste helfte van sy liggaam. Nadat hy in 'n mate herstel het, het hy na 'n nabygeleë skuiling gekruip en nadat hy uitgerus het, het hy sy kollegas gaan soek. Hulle het ook oorleef en hulle het die nag saam deurgebring in 'n bomskuiling voordat hulle die volgende dag na Nagasaki teruggekeer het. In Nagasaki het hy behandeling vir sy wonde gekry en, ten spyte daarvan dat hy erg verbind is, het hy op 9 Augustus aangemeld vir werk.
Om 11:00 op 9 Augustus was Yamaguchi besig om die Hirosjima-ontploffing aan sy opsigter te verduidelik toe die Bockscar die Fat Man-atoombom op Nagasaki laat val het. Sy werkplek was hier ook ongeveer 3 km van die nulpunt gewees maar hierdie keer is hy nie deur die ontploffing beseer nie. Hy was egter nie in staat om behandeling vir sy beskadigde verbande te kry nie en het vir meer as 'n week 'n hoë koors gehad.
Na die oorlog het Yamaguchi as vertaler vir die besettende Amerikaanse magte gewerk. Daarna het hy 'n skoolhoof geword voordat hy weer by Mitsubishi aangesluit het. Toe die Japannese regering atoombomoorlewendes as hibakusha erken het in 1957, het Yamaguchi se identifikasie aangedui dat hy slegs in Nagasaki teenwoordig was. Yamaguchi was gelukkig hiermee en was tevrede dat hy relatief gesond was en sy verlede agter hom kon plaas.
Soos hy ouer geword het, het sy opinies oor die gebruik van kernwapens verander. In die tagtigerjare het hy 'n boek oor sy wedervaringe geskryf (Ikasareteiru inochi) en is hy genooi om deel te neem aan 'n dokumentêr in 2006 oor 165 dubbel-atoombomoorlewendes (bekend as nijū hibakusha in Japan) getiteld Twee Keer Oorleef: Die Dubbelgebombardeerdes van Hiroshima en Nagasaki ((en) Twice Survived: The Doubly Atomic Bombed of Hiroshima and Nagasaki) wat by die Verenigde Nasies vertoon is. Aan die einde van die vertoning het hy gepleit vir die opheffing van kernwapens.
Yamaguchi het 'n uitgesproke voorstander van kernontmanteling geword. In 'n onderhoud het hy gesê: "Die rede waarom ek atoombomme haat is oor wat dit doen aan die waardigheid van mense." Deur middel van sy dogter gedurende 'n telefoniese onderhoud het hy gesê: "Ek kan nie verstaan waarom die wêreld nie die sieleangs van kernwapens kan verstaan nie. Hoe kan hulle aanhou om hierdie wapens te vervaardig?"
Op 22 Desember 2009 het die Kanadese regisseur James Cameron en skrywer Charles Pellegrino Yamaguchi ontmoet terwyl hy in 'n hospitaal in Nagasaki was waar hulle die idee van 'n rolprent oor die kernwapens bespreek het. "Ek dink dit is Cameron en Pellegrino se lotsbestemming om 'n rolprent oor kernwapens te maak," het Yamaguchi gesê.
Aanvanklik het Yamaguchi geen behoefte gevoel om die aandag te vestig op sy dubbeloorlewende-status nie. Soos wat hy ouer geword het, het hy egter gevoel dat sy lot so beskik was en in Januarie 2009 het hy aansoek gedoen vir dubbele erkenning. In Maart 2009 is dit deur die Japannese regering aanvaar, wat beteken het dat Yamaguchi die enigste amptelik-erkende oorlewende van albei ontploffings was. Na aanleiding van die erkenning het Yamaguchi gesê: "My dubbele blootstelling aan bestraling is nou 'n amptelike regeringsdokument. Dit kan vir die jonger generasie die afskuwelike geskiedenis van die atoombomme vertel selfs nadat ek oorlede is."
Yamaguchi het die gehoor in een van sy ore verloor as gevolg van die Hirosjima-ontploffing. Hy het ook tydelik bles geword en sy dogter onthou dat hy gedurig verbind was tot sy 12-jaar oud was.[Nota 1] Ten spyte hiervan het Yamaguchi 'n gesonde lewe gely. Hy het egter later in sy lewe aan bestralingsverwante siektes begin ly waaronder katarakte en akute leukemie.