เกิดเมื่อวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2536 ที่เมืองซามะ จังหวัดคานางาวะ มีน้องชาย 1 คน คือ ทากูมะ อิโนเอะ เป็นอดีตแชมป์เฉพาะกาล WBC รุ่นแบนตัมเวท และลูกพี่ลูกน้อง 1 คน โคกิ อิโนเอะ

เริ่มต้นการชกมวยจากมวยสากลสมัครเล่น ผ่านการชกมวยสากลสมัครเล่นมาอย่างโชกโชน โดยได้เหรียญทองจากรายการเพรสซิเดนท์คัพ เมื่อปี พ.ศ. 2554 ที่กรุงจาการ์ตา ประเทศอินโดนีเซีย[2][3][4] และตกรอบ 3 ในรายการมวยสากลสมัครเล่นชิงแชมป์โลก 2554 ที่บากู ประเทศอาเซอร์ไบจาน[5] โดยรวมสถิติการชกมวยสากลสมัครเล่นทั้งหมด ชนะ 75 ครั้ง แพ้ 6 ครั้ง (ชนะน็อกหรืออาร์เอสซี 48 ครั้ง[5])

เมื่อหันมาชกมวยสากลอาชีพ ก็ได้เข้าสังกัดโอฮาชิยิมที่โยโกฮามะ ของฮิเดยูกิ โอฮาชิ อดีตแชมป์โลก 2 สถาบัน คือ สภามวยโลก (WBC) และสมาคมมวยโลก (WBA) ในรุ่นสตรอว์เวท (105 ปอนด์) ซึ่งอิโนเอะสร้างปรากฏการณ์เป็นนักมวยชาวญี่ปุ่นที่ชกน้อยครั้งที่สุดแล้วได้ตำแหน่งแชมป์โลก คือ เพียง 6 ครั้งเท่านั้น เมื่อเป็นฝ่ายเอาชนะทีเคโอ ยกที่ 6 อาดริอัน เอร์นันเดซ นักมวยชาวเม็กซิกันได้เมื่อวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2557 ที่สนามกีฬาอเนกประสงค์ในร่มแขวงโอตะ ที่ โตเกียว[6](ต่อมาสถิตินี้ได้ถูกทำลายลงโดย โคเซ ทานากะ ในปี พ.ศ. 2558 ที่ชกเพียง 5 ครั้ง แล้วได้แชมป์โลก[7]) ซึ่งก่อนหน้าที่จะได้แชมป์โลกนั้น อิโนเอะได้ทั้งแชมป์ของสหพันธ์มวยภาคตะวันออกไกลและแปซิฟิก (OPBF) และแชมป์ของประเทศญี่ปุ่น ในรุ่นเดียวกันนี้มาแล้ว และเมื่อป้องกันตำแหน่งครั้งแรกก็เป็นฝ่ายเอาชนะทีเคโอ สามารถเล็ก ก่อเกียรติยิม ผู้ท้าชิงชาวไทยไปในยกที่ 11 ที่สนามกีฬาแห่งชาติโยโยงิ เมื่อวันที่ 5 กันยายน ปีเดียวกัน โดยก่อนชนะอิโนเอะเป็นฝ่ายชกเอาสามารถเล็กลงไปให้กรรมการนับ 8 ได้ถึง 2 ครั้ง ในยกที่ 4 และยกที่ 6

ต่อมาในเดือนพฤศจิกายน ปีเดียวกัน อิโนเอะได้สละตำแหน่ง เพื่อเลื่อนรุ่นไปชิงแชมป์โลกของ WBO ในรุ่นจูเนียร์แบนตัมเวท กับ โอมาร์ นาร์บาเอซ เจ้าของตำแหน่งชาวอาร์เจนตินา[8] และเป็นฝ่ายเอาชนะน็อกไปได้เพียงยกที่ 2 ในปลายปี[9]

ปี พ.ศ. 2561 นาโอยะ อิโนเอะสละตำแหน่งแชมป์องค์กรมวยโลก เพื่อเลื่อนรุ่นไปชิงแชมป์โลกสมาคมมวยโลก รุ่นแบนตัมเวท (WBA) กับ เจมี แมกดอนเนลล์ เจ้าของตำแหน่งแชมป์โลกชาวอังกฤษ ในเดือนพฤษภาคม ปี พ.ศ. 2561 ที่ กรุงโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ผลปรากฏว่า นาโอยะ อิโนเอะ สามารถเอาชนะทีเคโอในยกที่ 1 และได้คว้าแชมป์โลก ในรูปแบบที่เจมีแพ้แบบสู้แทบไม่ได้จากหมัดรัวชุดของนาโอยะ[10]

ปีถัดมา ได้ชิงแชมป์โลก IBF กับ เอ็มมานูเอล โรดริเกซ นักชกผู้ท้าชิงชาวปวยร์โตรีโก ที่สกอตแลนด์ ผลการชกนาโอยะสามารถชนะทีเคโอ​ได้อย่างรวดเร็วผิดคาดในยกที่ 2[11]

นาโอยะ อิโนเอะ เป็นนักมวยที่ได้รับความนิยมอย่างยิ่งจากแฟนมวยชาวญี่ปุ่น โดยเฉพาะในหมู่วัยรุ่นคนหนุ่มสาว เนื่องจากเป็นนักมวยที่อายุน้อย ประกอบกับหน้าตาดี เป็นนักมวยที่มีความรวดเร็ว ออกหมัดได้ว่องไว รุนแรง และแม่นยำ หนักหน่วงทั้งซ้ายและขวา[12][13]