大隅出生於福岡市，1967年畢業於東京大學教養學部後，即到美國的Rockefeller大學留學，之後擔任位於日本愛知縣岡崎市的基礎生物學研究所教授等職，目前是東京工業大學榮譽教授。他所從事的研究是解析住宿優惠方案細胞老舊蛋白質的所謂細胞「自噬作用 」（Autophagy）的機制。
大隅於1988年在擔任東京大學助教授時，以顯微鏡發現微生物的一種，酵母因營養不良處於飢餓狀態時，所謂「液胞」的小器官就會出現小粒子累積的情況。這是酵母將本身細胞內的蛋白質等運入液胞，因此大隅用各飯店比價種酵素進行分解，以解析細胞自噬作用的過程。