Allerede 17 år gammel satte han juniorverdensrekord på 500 meter med tiden 34,88. Senere forbedret han rekorden til 34,75.
Det store gjennombruddet i seniorsammenheng kom under VM enkeltdistanser i Inzell i 2005, der han vant 500 meter med klar margin foran sin mer meritterte landsmann Hiroyasu Shimizu.
Under verdenscupløp i Salt Lake City i november 2005 satte Kato ny verdensrekord på 500 meter med tiden 34,30, en forbedring av Shimizus tidligere rekord med to hundredels sekund.