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Fils d’un célèbre acteur kabuki, Katsutoji Kineya, connu pour ses talents dans l’art du nagauta et du shamisen, Shintarō Katsu est le frère cadet de l’acteur Tomisaburō Wakayama. Il s’est marié avec l'actrice Tamao Nakamura en 1962. Son fils, Ryū Gan(ja), est également devenu acteur.
Le rôle qui lui vaut sa renommée est celui de Zatoichi, héros d'une série de longs métrages portant le même nom, très populaires dans les années 1960 et 1970. Shintarō Katsu a joué Zatoichi dans 25 films entre 1962 et 1973, dirigeant et produisant le 26e en 1989.
Il est aussi connu pour sa vie personnelle et professionnelle particulièrement troublée. Son alcoolisme et ses problèmes vis-à-vis de la loi liés à des histoires de drogues (marijuana, opium et cocaïne) lui valent notamment d'être arrêté en 1978, 1990 et 1992. Lorsque le réalisateur Akira Kurosawa l’appelle pour jouer le rôle principal dans son film Kagemusha en 1980, Katsu quitte le plateau avant de terminer la première journée de tournage. Outré, Kurosawa remplace l’acteur par Tatsuya Nakadai. Enfin, Katsu est personnellement attaqué lorsque son fils tue accidentellement l’acteur Yukio Katō avec un sabre de cinéma, lors du tournage du 26e Zatoïchi. S’ensuit une banqueroute de Katsu Production, due à une combinaison de diverses dettes et aux dépenses de Katsu.
Enfin, Katsu réalise la base du mangaLone Wolf and Cub, Kozure Okami, série de violents films jidai-geki mettant en scène son frère Tomisaburō Wakayama. Tous deux sont ensuite réunis dans le film Shogun Assassin (remontage américain des deux premiers Baby Cart), et ont également coécrit, produit et joué dans la série TV Oshi samurai (Le Samouraï muet).
Shintarō Katsu succombe d'un cancer du pharynx, le .
Malgré sa personnalité, Shintarō Katsu reste un acteur ayant révolutionné le cinéma japonais, en introduisant des thèmes tels que le sexe ou la forte violence dans des films regardés par un public peu habitué à ce genre. Il est mort la même année qu'un autre acteur de légende : Toshirō Mifune.