Kimura a débuté en tant qu'actrice enfant dans un film réalisé par Heinosuke Gosho en 1934 à l'âge de sept ans. Elle a continué à tourner des films et à participer à diverses émissions radiophoniques et télévisées au cours de sa carrière, qui s'étend sur plus de quatre décennies.
En 1954, Kimura a joué le rôle d'Emiko Yamane dans le film Godzilla (ゴジラ, Gojira), réalisé par Ishirō Honda et sorti en salles la même année. C'était son premier rôle dans un film de kaiju et l'une de ses performances les plus marquantes. Kimura a repris le rôle d'Emiko Yamane dans les suites du film Godzilla, dont "Godzilla Raids Again" en 1955 et "Godzilla vs. Hedorah" en 1971.
En plus de son travail dans le cinéma de kaiju, Kimura a également joué dans des films tels que "The Quiet Duel" (靜鬪, Chin Shū) en 1958, "Sakura" en 1956 et "Yuki-musume Taira no Kiyomori" en 1954.
En dehors du cinéma, Kimura a également eu une carrière musicale prolifique. Elle a sorti plusieurs singles et albums à travers son long parcours artistique, dont un grand succès en 1976 avec la chanson "Omoide ni mo" (思い出にも), qui est devenu l'un de ses titres les plus populaires.
En 2010, Kimura a reçu le prix Blue Ribbon pour l'ensemble de sa carrière et a été élue "dame des arts" par l'agence de gouvernement japonaise pour les affaires culturelles en reconnaissance de ses contributions à la musique et au cinéma japonais.
Kimura est décédée le 24 août 2017 à l'âge de 90 ans, après une carrière remarquable dans le divertissement japonais. Elle reste une icône du cinéma de kaiju et a laissé un héritage culturel important au Japon et à travers le monde.