W Pucharze Świata Norihito Kobayashi zadebiutował 12 lutego 2000 roku w Sapporo, gdzie zajął 21. miejsce w konkursie rozgrywanym metodą Gundersena. Tym samym już w swoim debiucie wywalczył pierwsze pucharowe punkty. W sezonie 1999/2000 pojawił się jeszcze pięciokrotnie, ale wyniku z Sapporo nie poprawił i w klasyfikacji generalnej zajął ostatecznie 56. miejsce. Kobayashi nigdy nie stanął na podium zawodów Pucharu Świata, najlepszy wynik osiągając 21 stycznia 2006 roku w Harrachovie i 26 stycznia 2008 roku w Seefeld, gdzie zajmował czwarte miejsce w sprincie. W klasyfikacji generalnej najlepiej wypadł w sezonie 2007/2008, który ukończył na trzynastej pozycji. Startował także w zawodach Pucharu Świata B (obecnie Puchar Kontynentalny), gdzie osiągał lepsze wyniki. Raz stanął na podium - 28 lutego 2002 roku w Calgary był trzeci w Gundersenie. W klasyfikacji generalnej sezonu 2001/2002 zajął dziewiątą lokatę.
Pierwszy sukces w karierze osiągnął w 2001 roku, kiedy na Mistrzostwach Świata Juniorów w Karpaczu zdobył brązowy medal w sprincie, a w konkursie metodą Gundersena był najlepszy. Rok później, podczas Mistrzostw Świata Juniorów w Schonach indywidualnie zajął 14. miejsce w Gundersenie, a w drużynie był szósty. W kategorii seniorów największy sukces osiągnął podczas Mistrzostw Świata w Libercu w 2009 roku, gdzie wspólnie Taihei Katō, Akito Watabe i Yūsuke Minato wywalczył złoty medal w sztafecie. Po skokach Japończycy znajdowali się na piątym miejscu, tracąc do prowadzących Francuzów 24 sekundy. Na trasie biegu należeli do najszybszych co pozwoliło im awansować na czoło stawki. Walkę o złoto toczyli z Niemcami aż do mety, ostatecznie zwyciężając po fotofiniszu. Na tych samych mistrzostwach osiągnął także swój najlepszy wynik indywidualny, zajmując piąte miejsce w Gundersenie na normalnej skoczni. W 2002 roku wziął udział w Igrzyskach Olimpijskich w Salt Lake City, gdzie w sprincie był siedemnasty. Cztery lata później, na Igrzyskach w Turynie był szósty w drużynie, a indywidualnie zajmował miejsca w drugiej dziesiątce. Najlepiej wypadł na Igrzyskach w Vancouver w 2010 roku, gdzie był szósty w drużynie, a indywidualnie zajął siódme miejsce w Gundersenie na normalnej skoczni.
W 2011 roku postanowił zakończyć karierę sportową.[1].
