Sejima arbeitete im Designbüro von Toyo Ito.
1987 gründete sie ihr eigenes Unternehmen, Kazuyo Sejima and Associates im Jahr 1987.
Im Jahr 1995 begann sie eine Partnerschaft mit Ryūe Nishizawa in Tokio. Sie wurde SANAA genannt.
In den Jahren 2005-2008 war sie Gastprofessorin an der School of Architecture der Universität Princeton in Princeton, New Jersey.
Im Jahr 2010 wurde Sejima Direktorin des Bereichs Architektur der Biennale Venedig. Sie organisierte die 12. jährliche internationale Architekturausstellung. Sie ist die erste Frau, die diese Position innehat.