東京都[1]新宿区生まれ[2]、茨城県古河市育ち[2]。茨城県立古河第三高等学校卒業。1984年 、高校卒業後に『さよならジュピター』の撮影見学時に特撮技術を志望[2]、同年『ゴジラ』の怪獣造形に携わることで映画界に入る[2][3]。最初の仕事は着ぐるみの脱ぎ着の補助だった。
1984年、『八岐之大蛇の逆襲』などで親交のあった庵野秀明らが設立したガイナックスに参加し[3]、『王立宇宙軍 オネアミスの翼』にて助監督をつとめる。1992年、村濱章司らとともにGONZOを設立（その後に離脱）。
1995年、『ガメラ 大怪獣空中決戦』で特技監督を務め、日本アカデミー賞特別賞を受賞[1]。
2002年、『ミニモニ。THE（じゃ）ムービー お菓子な大冒険!』で映画監督デビュー。
2005年、『ローレライ』を監督。2006年、『日本沈没』を監督。2007年、『ヱヴァンゲリヲン新劇場版:序』の、主にクライマックスのヤシマ作戦の部分を中心に画コンテを担当。
2015年、『進撃の巨人 ATTACK ON TITAN』、『進撃の巨人 ATTACK ON TITAN エンド オブ ザ ワールド』を監督。
2016年、『シン・ゴジラ』を監督（脚本と総監督は庵野秀明）[4]、翌2017年に同作品が第40回日本アカデミー賞最優秀作品賞を受賞[1]。同作で総監督の庵野秀明とともに最優秀監督賞を受賞。また同作で、庵野とともに第37回日本SF大賞特別賞を受賞した。アニメ特撮アーカイブ機構副理事長。
2018年、テレビアニメ『ひそねとまそたん』に総監督として携わる。
2023年、八木景子によるドキュメンタリー作品『鯨のレストラン』に出演した[5][6]。
作風
「まずミニチュアセットを作成し、その中に撮影対象となるキャラを配置して、それを如何に撮影するか」という従来の特撮制作方法に対して、「まず樋口の頭の中で完成画を発想し、それを具現化するためにミニチュアセットを組む」「イメージした素材以外、映像に現さない」というアニメーションの制作ノウハウにも通じる独自の画面デザインセンスを持つ[7]。
高校時代は音楽バンド活動を行なっており、音楽自体は才能の無さに挫折するが、このころからYMOなどの影響でライブで流す8ミリ映像を製作していた[3]。
画作りが高く評価されており、多数の映画に画コンテを提供している。コンテの通りになかなか映像が出来あがらないことが、特技監督に手を染めた一因だという[3]。