Né sous le nom de «Nagafukumaru», il est le 10efils de Tokugawa Ieyasu, par sa concubine Oman-no-kata. Le , Yorinobu reçoit le domaine de Mito alors évalué à 200 000koku pour fief. Mito a précédemment appartenu à son frère ainé, Takeda Nobuyoshi. À la suite de l'augmentation de ses appointements à 250 000koku en , il effectue sa cérémonie de la majorité le , prend le nom de «Yorimasa» et reçoit le rang de cour junior 4einférieur (ju-shi-i-ge) ainsi que le titre de Hitachi no Suke. Le , il est transféré dans un fief de 500 000koku dans les provinces de Suruga et Tōtōmi (fondant ainsi le domaine de Sunpu centré autour du château de Sunpu), et prend le nom de «Yorinobu».
Cependant, après un peu moins d'une décennie à Suruga, il est transféré au domaine de Wakayama d'une valeur de 550 000koku le à la suite du transfert des précédents occupants, le clan Asano, à Hiroshima, dans la province d'Aki. Yorinobu devient ainsi le fondateur de la branche Kii de la famille Tokugawa. L'épouse de Yorinobu est la fille de Katō Kiyomasa. À la fin de sa vie, Yorinobu est titulaire du 2erang de cour junior (ju-ni-i) ainsi que du titre de dainagon (« conseiller principal »).
Yorinobu a quatre enfants: son successeur Tokugawa Mitsusada, Yorizumi, fondateur du domaine d'Iyo-Saijo, Inaba-hime, qui épouse Ikeda Mitsunaka du domaine de Tottori et Matsuhime qui épouse Matsudaira Nobuhira du domaine de Yoshii.
Il est le père de Mitsusada et Matsudaira Yorizumi. Après sa mort, il est désigné par le titre Nanryū-in.
En 1915, Yorinobu est promu 2erang de cour senior (shō-ni-i) à titre posthume.
