Durch seinen Vater kam Nobuatsu, der älteste der drei Aoki Brüder, zum Rennsport. Mit elf Jahren fuhr er zusammen mit seinen Brüdern die Pocket Bike Series und sie stiegen in die Mini-Bike Series, Sport Production und die All Japan Championship auf. 1993 fuhr Nobuatsu seine erste komplette Saison in der 250ccm-Weltmeisterschaft und nach vier Jahren mit nur einem Sieg bewies er, dass er nach seinem Wechsel auf die V4 Honda in der 500ccm-Klasse absolut konkurrenzfähig ist: Er wurde Dritter in der ersten Saison. Nach drei Jahren mit Suzuki investierte Aoki ein Jahr in die Entwicklung von Bridgestone Reifen, bevor er im Jahr 2002 auf Proton KR zum MotoGP zurückkehrte. 2003 fuhr er mit dem brandneuen Viertakter - an dessen Entwicklung er 2004 weiterarbeiten will - die ersten Punkte für sein Team heraus.