Cerca de los tres años, Shinji perdió a su madre y cayó en traumas que le afectaron hasta su crecimiento; y tras ser abandonado por su padre, él vivió solo, con diversos tutores.
En su adolescencia, fue citado a Tokio-3 por su padre, donde en ese momento, él es testigo del ataque de un ángel a la ciudad. Misato Katsuragi logra llegar a tiempo para escapar de la ciudad junto a Shinji.
Una vez, en NERV, Shinji descubre los verdaderos motivos de su padre: asignado como piloto del Eva 0-1. Aunque se niega en un principio, al final, accede a pilotar la Unidad-01 y logra vencer al ángel. Y tras su victoria, Misato Katsuragi lo lleva a vivir con ella, conviertiéndose en su tutora.
Tras diversos enfrentamientos con los ángeles, Shinji decide alejarse, vagando por la ciudad y fuera de la misma, pero al final, Misato logra convencerlo de no abandonar NERV y pilotar el Eva.
Más tarde, Shinji comienza a entrenar y enfrentarse a los ángeles junto a Rei Ayanami con el Eva-01 y el Prototipo Eva-00. Y gracias a los experimentos con señuelos realizados por Misato Katsuragi y la doctora Ritsuko Akagi, se descubre información vital para los enfrentamientos con los ángeles.
Un tiempo después, Misato lleva a Shinji, Toji, Kensuke al convoy naval de las Naciones Unidas encargado de transportar al Evangelion Unidad 02, pilotada por Asuka Langley Sohryu. La joven se decepciona al conocer a Shinji, catalogándolo de aburrido, poco destacable; pero, en el momento de un ataque por parte de un ángel, Asuka muestra su habilidad en combate con el Evangelion Unidad-02.
Al regresar a Tokio 3, en un pequeño plazo de relativa calma, aparece el siguiente ángel. NERV responde desplegando las Unidades 01 y 02, con Shinji y Asuka, pero en un acto de desacato de las órdenes de Misato por parte de Asuka, el ángel se divide en dos ángeles idénticos y deja fuera de combate a ambos Evangelion. En vista de su resiente fracaso, las fuerzas armadas atacan con una bomba N² y logran paralizar el avance del ángel de forma temporal.
En un plan ideado por Kaji y Misato, Shinji y Asuka comienzan a convivir de forma constante, con el objetivo de lograr una sincronización en sus acciones. Y así, en el momento de la batalla, ambos pilotos trabajan juntos y logran derrotar al ángel.
El tiempo avanza, en el cual, los tres pilotos, Shinji, Asuka y Rei, comienzan a trabajar juntos y lograr derrotar a los ángeles a aparecen; y Shinji logra algo muy anhelado para él, la felicitación de su padre por su desempeño, lo cual, logra elevar el autoestima del joven. Estos pequeños eventos y los datos de la alta sincronización de Shinji con su EVA, le genero un pequeño impulso de ego, los genera un odio por parte de Asuka hacia él. En el momento en el que otro ángel ataca, Shinji se enfrenta solo a él, siendo este un error. El ángel es derrotado pero arriesgando la vida del piloto y la perdida de la Unidad-01.
Con un evento inesperado, la Unidad-04 y la Segunda Rama de NERV, desaparecen, y en respuesta la Unidad-03 es enviada a Japón, con Toji Suzuhara (compañero de clase y amigo de Shinji) encargado de pilotarla de forma temporal. Pero el Evangelion es poseído por un ángel y Shinji se ve obligado a enfrentársele, pero él se niega a luchar, en su reacción Gendo toma el control del EVA de forma remota y derrota a la Unidad-03, casi matando a Toji en el proceso. En consecuencia Shinji quiere utilizar al EVA para destruir los cuarteles de NERV por el acto de su padre, provocando el arresto de Shinji; luego de una breve discusión con su padre, abandona NERV y sus deberes como piloto de EVA.
Tras el ataque de un ángel, la Unidad-02 y Unidad-00 son derrotadas con facilidad, mientras que Shinji se oculta en un refugio. Pero, sin capacidad de ignorar lo acontecido, Shinji decide pilotar la Unidad-01 logrando derrotar al ángel en el proceso. Así llegando a la conclusión que si pilota el EVA la gente será amable con él.
Asuka resulta víctima de un ataque psicológico por el ataque de un ángel y Rei logra derrotar al ángel con la lanza de Longinus, pero perdiéndola en el espacio, mas halla de la órbita de la Tierra. Esto deja incapacitada a Asuka para el combate, y en el momento de un ataque son Shinji y Rei los encargados de la defensa. Otro ángel ataca e intenta infectar a Rei, y en vista de no poder hacer nada, activa la función de auto destrución, destruyendo a la Unidad-00 y al ángel con ella.
Luego de este incidente, Shinji queda desbastado, pero descubre que Rei está viva, pero distinta; Ritsuko, en un acto de traicion contra Gendo, le enseña a Shinji y a Misato, el cementerio de EVAs y el tanque de clones de Rei, esto provoca un gran impacto en la frágil mente del joven.
Esto genera una gran confusión en Shinji, vagando por la ciudad, conoce a Kaworu Nagisa, niño encargado de pilotar la Unidad-02 en reemplazo de Asuka. Y así, poco a poco, Shinji se va conectando más con Kaworu, entablando una profunda conexión sentimental. Solo para descubrir que él es un ángel y con la ayuda de la Unidad-02, atraviesa los cuarteles de NERV, en búsqueda de Adán; pero se detiene y al encontrarse con Shinji montado en la Unidad-01, él pide a Shinji que lo mate; "tengo la libertad de elegir, elijo la muerte" le dice Kaworu a Shinji, en el momento de su muerte.