MANGA
1973 : Jusei
1979 : Highway star
1979 : Short Piece
1979 : Fireball
1979 : Sound of sand
1981 : Farewell to weapons
1981 : Good weather
1981 : Hansel to Gretel
1981 : Apple paradise
1981 : Sayonara Nippon
1982 : Kibun Ha Mo Senso
1982 : Boogie woogie waltz
Dal 1982 al 1990 : Akira
1983 : Domu
1989 : Kaba
1989 : World apartment horrors
1990 : Otomo anthology 1
1990 : The legend of nother sarah
1996 : Otomo anthology 2
2002 : Hipira

ANIME
1983 : Harmagedon . Genma Taisen (Character Design di K.O.)
1987 : Manie Manie (L'episodio Fermate i lavori è diretto da K.O.)
1987 : Robot Carnival (Sequenza di apertura e chiusura ad opera di K.O.)
1988 : Akira (Adattamento dell'opera omonima, diretto dallo stesso autore K.O.)
1991 : Roujin Z (Sceneggiatura e mecha design di K.O.)
1995 : Memories (Episodio Cannon Fodder, scritto e diretto da K.O.)
1997 : Perfect Blue (Supervisione K.O.)
1998 : Spriggan (Supervisione K.O.)
2001 : Metropolis (Sceneggiatura di K.O.)
2004 : Steamboy (Regia di K.O.)
2006 : Freedom (Storyboard, mecha design e character design di K.O.)
2006 : Shin SOS Dai Tokyo Tankentai (Presenza di K.O.)
2008 : Defenders of Nippon (Presenza di K.O.)

LIVE ACTION
1991 : World Apartment horror (Regia e sceneggiatura di K.O.)
2006 : Mushishi (Regia di K.O.)

Sin dai primi lavori, Katsuhiro dimostra uno stile ricco di dettagli, trame complesse e ricche di informazioni sul mondo rappresentato. Riconoscibile nel movimento cyberpunk e Steampunk, Otomo segna un cambiamento generazionale nel panorama dei manga. Tematiche mature e molte volte ecologiche, vengono affrontate con dovizie di particolari e complesse ricerche bibliografiche, per rappresentare situazioni e connubi tra l'uomo e le macchine, in bilico tra realtà e fantascienza.
Ogni sua opera contiene un messaggio profondo, dato dal disagio che la nostra civiltà affronta ormai da circa un centinaio d'anni. Come la maggior parte degli autori del post seconda guerra mondiale, anche Otomo è pesantemente influenzato dalla bomba atomica, e costruisce e narra vicende strettamente legate a quel periodo buio della storia. I suoi racconti sono un'immagine alternativa di conflitti e guerre, i suoi personaggi sono costretti a misurarsi con le conseguenze di questi eventi e con tematiche di natura psico-sociale; ne deriva una visione generale pessimistica e brutale della società. Il vantaggio di poter disegnare e scrivere in completa solitudine un manga, premia l'autore dal punto di vista della coesione narrativa, offrendo in questo modo al lettore un'idea e un ambiente non contaminato da elementi estranei.
Otomo è riuscito a creare un mondo reale non solo grazie alla narrazione, ma soprattutto grazie ai suoi disegni. I personaggi non sono scontati e possono vantare una caratterizzazione della mimica e del carattere sorprendentemente simili alla realtà. Tutti gli oggetti e la componentistica che animano questi suoi mondi, anche se immaginari, sono credibili e dotati di senso logico; aggiungiamoci il fatto che la narrazione non avviene mai su binari prestabiliti e che l'azione è una componente fondamentale dei suoi lavori, e non sembra di leggere un fumetto, più che altro un film animato trasportato su carta. Questa sua capacità di coinvolgere il lettore è il suo più grande pregio.

Il passaggio dai manga agli anime è breve, cosi anche Otomo, dal 1983, entra a far parte di numerosi progetti per supervisionare, sceneggiare e disegnare OAV e anime. Vengono ricordati in particolar modo Akira, sceneggiato e diretto da lui stesso, la supervisione di Spriggan, la sua penna nella sceneggiatura di Metropolis e uno dei suoi lavori più controversi datato 2004, Steamboy.
In ogni lavoro, che sia animato o statico come le tavole di un manga, le idee e in particolar modo la concezione di vedere il futuro, rendono Katsuhiro un autore illuminato e fondamentale per la crescita del fenomeno cyberpunk. Nel 1991 e nel 2006, si cimenta anche come regista per due serie Live Action Giapponesi, World Apartment horror e Mushishi.