Kazuo Wakabayashi ingressou, aos 13 anos, na Escola Técnica de Hikone, em Shiga, Japão. Entre 1947 e 1950, frequentou a Escola de Belas Artes e a Academia Niki, em Tóquio, e as aulas de desenho e pintura de Kanosuke Tamura.
Cursou, sem entretanto concluir, a Faculdade de Arquitetura da Universidade de Tóquio. Seu talento para pintura falou mais alto e resolveu integrar o grupo Babel, ao lado de Rokuichi, Kaibara, Ko Nishimura e outros.
Em 1953, foi membro do grupo Seiki e publicou um álbum de pinturas e poesias. No ano seguinte, 1954, participou do Delta, além de ilustrar os jornais Shinko Shimbum e All Sports. Entre as décadas de 1940 e 1960, teve seu talento reconhecido, recebendo prêmios em 1947, 1950, 1954 e 1959.
Em 1961, veio para o Brasil e fixou-se em São Paulo, ingressando no grupo Seibi pelas mãos dos já respeitados Manabu Mabe e Tomie Ohtake. Suas criações eram marcadas por contornos rigorosos, cores intensas e multiplicação de formas.
Dois anos depois, recebeu medalhas de ouro no 12º Salão Paulista de Arte Moderna e no 7º Salão do Grupo Seibi de Artistas Plásticos e o primeiro prêmio no Salão de Abril do Museu de Arte Moderna do Rio de Janeiro (MAM, 1966). Participou e foi premiado, entre 1963 e 1967, em diversas edições da Bienal Internacional de São Paulo.
Em fins de 1970, Wakabayashi despertou para o aspecto da textura e do relevo na pintura, muitas vezes optando por trabalhá-los de maneira quase uniforme em toda a superfície da tela. Essa fase pode ser observada em Composição em Amarelo (1971) e em Composição em Branco (1983).
Mais tarde, o artista desenvolveu trabalhos que remeteram à tradição da gravura japonesa ukiyo-e, que reflete temas da natureza e figuras humanas, com a utilização de tecidos japoneses colados sobre as telas. Esse período pode ser apreciado em Insinuação em Negro, 1988, Sem Título, 1987, Composição em Relevo, 1983, Onda, 1987, e Mensagem do Mar, 1987.
Em 1992, foi publicado o livro Wakabayashi com apresentação do crítico Jayme Maurício. E, em 1993, uma retrospectiva de sua obra foi exposta no Paço das Artes, em São Paulo.