百濑义行在吉卜力工作室的工作生涯中，为《
萤火虫之墓》《
侧耳倾听》《
千与千寻》等作品担任原画，并多在高勋执导的作品中负责分镜图。他也曾担任吉卜力的电脑CG部部长。2000年，他首次在吉卜力执导的动画作品《Ghiblies》。
1988年在《
萤火虫之墓》里出任设计一职、1991年在《岁月童话》里担任场景设计、1994年在《
》担任场面设计。在《
》里担任演出。并导演了《
传说》《
吉卜力传说2》以及《ポータブル空港》，将来可能是吉卜力的重要继承人。
2004年、2005年，百濑义行与音乐组合团体
capsule合作，创作了科幻风格的音乐短篇动画三部曲《便携式机场》《space station No.9》《飞天都市计划》。他也曾在
新垣结衣的歌曲《Piece》音乐录影带中担任导演。2023年12月15日，他执导的动画《阁楼的拉杰》将在日本上映。
除参与
吉卜力工作室动画制作外，百濑义行也在后续接任了动画企划公司MoonAnimation的社长、董事。