Diplômé de la faculté des sciences de l'université de Tokyo en 1946, il travaille comme assistant professeur à l'Institut de recherche nucléaire de la même université jusqu'à l'obtention de son Ph.D. en 1962. Par la suite, il passe un an au MIT, puis travaille sur les lasers semi-conducteurs aux laboratoires Bell entre 1964 et 1971.
En 1971, il travaille aux laboratoires de recherche de NEC, où il poursuit son étude des lasers semi-conducteurs. Entre 1982 et 1987, il est chef d'équipe, puis, de 1987 à 1994, directeur du laboratoire Optoelectronics Technology Research Laboratory de Tsukuba. De 1994 jusqu'à sa retraite en 1996, il est consultant au même laboratoire.
Hayashi meurt d'une leucémie aiguë en 2005[1],[2].
