Сибасабуро родился в деревне Окуни провинции Хиго (современный город Огуни, префектуры Кумамото , Кюсю) конце периода Эдо. Старший сын деревенского старосты Коренобу Сибасабуро. Первоначально планировал сделать военную карьеру, но в 1872 году (по совету своих родителей), после окончания школы Жишукан, поступил в Медицинскую школу Кумамото. Здесь он познакомился с голландским военным врачом Константом Георгом ван Мансвельтом (1832—1912). Мансвельт оценил молодого Сибасабуро и рекомендовал его для дальнейшего образования в Токио, а затем в Европу.
В 1875 году Сибасабуро получил степень в Медицинской школе Токио, реорганизованной в 1877 году в Медицинский факультет Императорского университета, который окончил в 1883 году. После работал в качестве младшего научного сотрудника Департамента здравоохранения Министерства внутренних дел.
По совету и при поддержке бактериолога профессора Масанори Огата, Сибасабуро в 1885 году отправился в Берлин. В Берлине, под руководством Роберта Коха сначала работал в Гигиеническом институте Берлинского университета, а в 1891 году стал ассистентом Института инфекционных болезней и совместно с Эмилем Берингом первым выделил бациллу столбняка (Clostridium tetani), а также участвовал в разработке средств против дифтерии и сибирской язвы. В 1892 году получил в Германии звание профессора и вернулся на родину, где в Токио встал во главе вновь открытого Института инфекционных болезней; с 1896 года был директором Госпиталя для заразных болезней, а также заведовал санитарной лабораторий и Пастеровской станцией по лечению собачьего бешенства.
В 1911 году принимал участие в ликвидации эпидемии легочной чумы в Маньчжурии, был делегатом от Японии на открывшейся в апреле 1911 года в Мукдене международной конференции врачей-эпидемиологов по борьбе с чумой. В 1913 году за заслуги в бактериологических исследованиях и вклад в борьбу с эпидемиями получил титул барона.
Когда в 1914 году Институт инфекционных болезней был присоединен к Токийскому императорскому университету, Китасато Сибасабуро ушел в отставку в знак протеста и основал Институт Сибасабуро (предшественник Университета Китазато), который он и возглавлял до конца своей жизни. В сентябре 1921 года доктор Сибасабуро основал, вместе с несколькими учеными-медиками, Корпорацию Sekisen Ken’onki с целью разработки и производства надежных клинических термометров. Позднее компания была переименована Корпорацию Terumo. В 1917 году Китасато Сибасабуро стал первым деканом медицинского факультета Университета Кэйо, с 1923 первый президент Медицинской ассоциации Японии.
