1990년 지바 현 출생. 도호쿠 대학 법학부 졸업. 재학 중에는 SF·추리소설 연구회에 소속. 《인간의 얼굴은 먹기 힘들다》가 제34회 요코미조 세이시 미스터리 대상의 최종 후보작에 올랐으며, 2014년에 해당 작품으로 데뷔했다. 아리스가와 아리스, 미치오 슈스케 등 유명 추리작가들의 전폭적인 지지를 받아 출간된 이 작품은 ‘요코미조 세이시 미스터리 대상 최고의 문제작’이라는 평을 받았다.
2015년에 출간된 《도쿄 결합 인간》이 제69회 일본추리작가협회상 장편 및 연작 단편집 부문 후보에, 2016년에 출간된 《잘 자, 인면창》이 제17회 본격 미스터리 대상 후보에, 2019년에 출간된 《그리고 아무도 죽지 않았다》가 2020년 본격 미스터리 베스트10 5위, 2020년에 출간된 《명탐정의 창자》가 2021년 본격 미스터리 베스트10 3위에 오르는 등 출간하는 작품마다 평단과 독자의 주목을 받고 있다.
자신이 창조한 독특한 세계관 속에 정밀하고 논리적인 추리극을 녹여내 추리작가들을 매혹시킨 시라이 도모유키는 현재 일본에서 가장 주목받는 차세대 추리작가 중 한 명이다.
