Shimoyama comenzó su carrera como animador clave trabajando con varios directores de anime japoneses famosos, entre ellos Keiichi Hara, Masaaki Yuasa, Mamoru Hosoda, Satoshi Kon y Sunao Katabuchi.
Sus primeros créditos como animador incluyen Paranoia Agent (2004),[2] Kappa no Kū to Natsuyasumi (2007),[3] Summer Wars,[4] (2009) y versiones cinematográficas de las populares franquicias Crayon Shin-chan y Doraemon.
La experiencia adquirida en estos proyectos le permitió pasar a desempeñarse como director de animación; sus proyectos en este rol incluyen Fullmetal Alchemist: The Sacred Star of Milos (2011),[5] Fusé: Teppō Musume no Torimonochō (2012),[6] Space Dandy (2014),[7] y The Night Is Short, Walk On Girl (2017).
[8] En 2018, Shimoyama hizo su debut como director de episodios en la serie animada de Science SARU Devilman Crybaby (2018),[9] que fue distribuida mundialmente por Netflix;[10] Shimoyama dirigió y realizó el guion gráfico del episodio 4 de la serie, además de realizar la animación principal por completo él mismo.
[11] Más recientemente, se desempeñó como director jefe y diseñador de personajes en Super Shiro (2019); Shimoyama manejó la dirección de la serie en asociación con el cofundador de Science SARU, Masaaki Yuasa, e hizo su debut como director de series con el proyecto.