Sejima a lucrat în biroul de design al lui Toyo Ito.
În 1987, și-a înființat propria companie, Kazuyo Sejima and Associates, în 1987.
În 1995, a început un parteneriat cu Ryūe Nishizawa în Tokyo. Acesta s-a numit SANAA.
În perioada 2005-2008, a fost profesor invitat la Școala de Arhitectură a Universității Princeton, din Princeton, New Jersey.
În 2010, Sejima a devenit director al Sectorului de Arhitectură al Bienalei de la Veneția. Ea a organizat cea de-a 12-a ediție anuală a Expoziției Internaționale de Arhitectură. Este prima femeie care ocupă această funcție.