Vier Fächer studierte Toshiyuki Kamioka an der Hochschule für Musik und Künste in seiner Heimatstadt Tokio: Orchesterleitung, Komposition, Klavier und Violine. 1982 wurde er mit dem renommierten Ataka Preis ausgezeichnet. Zwei Jahre später ging er als Stipendiat an die Hochschule für Musik in Hamburg und studierte bei Klauspeter Seibel Dirigieren.

Seine berufliche Laufbahn begann Toshiyuki Kamioka am Theater der Städtischen Bühnen Kiel als Solorepetitor und Kapellmeister, bevor er 1992 als erster Kapellmeister an das Aalto-Theater Essen ging. 1996 wurde er zum Generalmusikdirektor am Hessischen Staatstheater Wiesbaden ernannt, 1998|99 übernahm Kamioka zudem die Position des Chefdirigenten bei der Nordwestdeutschen Philharmonie in Herford. 1999 und 2000 leitete er das Dirigentenforum des Deutschen Musikrats.

2000|01 übernahm er an der Hochschule für Musik in Frankfurt am Main eine Vertretungsprofessur. Mit Beginn der Saison 2004|05 wurde Toshiyuki Kamioka zum Generalmusikdirektor der Wuppertaler Bühnen und des Sinfonieorchesters Wuppertal berufen. Ebenfalls seit 2004|05 ist er Professor für Dirigieren an der Hochschule für Musik Saar in Saarbrücken.