1949年東京生まれ。東京芸術大学美術学部絵画科油画専攻卒、同大学院美術研究科絵画専門課程油画専攻(修士課程)修了。1975年ベルギー文部省より奨学金をうけ、王立アカデミー写真科(ベルギー・ゲント市)に入学、写真を始める。1979年に帰国。個展「日本典型」(1991)で、1992年第17回木村伊兵衛写真賞受賞。90年代以降は活動を海外にも広げる。ダムやコンクリートに覆われた造成地など、人工的に加工された各地のランドスケープに着目し、構成的かつ静謐な空間描写で注目を集めてきた。
主な個展に、「ディオラマのように」(ツァイト・フォト・サロン/東京、1982)、「日本点景:On the Spot」(同、1988)、「Toshio Shibata」(シカゴ現代美術館、1993)、「The Edge of Nature」(ローレンス・ミラー・ギャラリー/NY、1996)、「Falling Waters」(同、2003)、「ランドスケープ―柴田敏雄」(東京都写真美術館、2008)など。