Naoki Saito inledde sin karriär vid den statliga myndigheten för vetenskap och teknik i Japan (i dag MEXT, ministeriet för utbildning, kultur, idrott, vetenskap och teknik) år 1987 efter att ha avlagt filosofie magisterexamen vid konst- och vetenskapshögskolan vid Tokyos universitet.
I början av sin karriär arbetade Naoki Saito med olika uppgifter inom vetenskaps- och teknologipolicy, bland annat med kärnkrafts-, rymd- och personalutvecklingsrelaterade frågor. Han innehade också posten som forskningsdirektör inom internationell vetenskap och teknologipolicy, regional innovationsverksamhet och samarbete mellan industrin och högskolorna. Han arbetade som förste sekreterare på Japans ambassad i Australien och som direktör för japanska rymdforskningsmyndigheten JAXAs kontor i Bangkok.
Naoki Saito har arbetat som direktör för avdelningen för utbildning av elever med särskilda behov vid japanska undervisningsministeriets byrå för grundläggande utbildning och utbildning i andra stadiet åren 2009–2010, som planerings- och förvaltningsdirektör för JST/RISTEX (forskningsinstitutet för vetenskap och teknik för samhället) åren 2010–2012, som direktör för avdelningen för kunskapsinfrastrukturpolitik vid japanska undervisningsministeriet åren 2012–2013 samt som biträdande generaldirektör för det nationella institutet för vetenskaps- och teknologipolitik (NISTEP) åren 2013–2018. Han utnämndes till sin nuvarande post som direktör för det nationella forskningsinstitutet RIKEN:s kampus i Yokohama i april 2018. Naoki Saito är dessutom associerad medlem i NISTEP.