1984年11月28日出生于京都府。 幼年时期喜爱观看《哆啦A梦》《蜡笔小新》与吉卜力的作品。此外她从小学时期开始就喜欢画画，曾临摹《龙珠》《机动警察》《高中奇面组》等作品。 2004年，作为动画师进入京都动画公司。2005年，在《AIR》中首次担任原画。2007年，在《CLANNAD》第8话与第12话中担任演出辅佐，随后在第17话首次担任演出。 2009年，虽为年轻成员，仍被提拔为电视动画《轻音少女！》的监督。该作品不仅在东京动画奖和Animation Kobe中获得优秀作品奖，还引发了诸多社会现象，取得了巨大成功。此后，在2011年，她于《电影 轻音少女！》中首次担任长篇电影监督，该作成为深夜动画剧场版中史上首部获得第35届日本电影学院奖优秀动画作品奖的作品。此外，尽管全国仅在130家影院上映，但其票房收入突破了19亿日元。 2013年，在电视动画《玉子市场》中首次担任原创作品的监督。翌年2014年，她执导了其续篇原创长篇电影《玉子爱情故事》，并获得了第18届文化厅媒体艺术祭动画部门新人奖。获奖理由给予了高度评价：“虽为新人奖，但可谓当今日本动画的巅峰水准。在平淡日常中发现鲜活感动的视角确实独特。仔细观察影像，不仅能感受到其敏锐的感性，更能深刻理解到其背后有作为动画师的技艺、作为演出家的算计以及坚强意志作为支撑。” 2015年，在电视系列《吹响吧！上低音号》中担任系列演出。此外，同年10月，宣布她将执导以大今良时原作《声之形》改编的动画电影。 2016年9月17日，其作为长篇电影监督的第三部作品《电影 声之形》上映。此作是山田首部不穿插电视系列的电影作品。尽管上映影院数仅为120家，规模较小，但累计动员观众177万人次，票房收入突破23亿日元，成功进入2016年度日本电影总票房前十，取得了巨大成功。此外，还获得了第40届日本电影学院奖优秀动画作品奖、第26届日本电影批评家大奖动画部门作品奖、第20届文化厅媒体艺术祭动画部门优秀奖等荣誉。并入选了安锡国际动画电影节长篇竞赛单元。 2018年4月21日，《吹响吧！上低音号》的完全新作动画电影《利兹与青鸟》在全国公映。该作获得了第73届每日电影竞赛大藤信郎奖。 2019年离开京都动画，将工作重心转移至Science SARU。2021年，发表了作为电视系列监督时隔9年的新作《平家物语》。 2022年，邀请了水泽悦子担任角色原案、Lovely Summer-chan负责音乐，发表了一部时长为17分钟的短片作品《纪念花园》，并在苏格兰举行了全球首映。制作继续由Science SARU负责。 2024年，长篇电影《你的颜色》公映。 其作品风格的一大特点是“细腻的心理描写”。通过伴随台词的角色细微表情和动作、以及周围风景描写来讲述登场人物内心的演出方式，获得了高度评价。