Il naquit fils aîné de la famille Takamiya, paysans pauvres du village de Tateoka, dans la province de Dewa, aujourd'hui Murayama (Yamagata). Son nom d'enfance était Motokichi ; certains donnent 1755 comme année de naissance. En colportant du tabac dans le nord du Japon pour aider sa famille, il étudia seul.
Son père étant mort l'année précédente, il laissa le métier familial à ses cadets, bien qu'il fût l'aîné, et partit étudier à Edo. Domestique chez Yamada Tonan, médecin du shogunat, il apprit la médecine et les mathématiques : un choix audacieux pour un fils de paysan pauvre.
Il entra à l'école Otowa de Honda Toshiaki, versé en astronomie, en arpentage et dans les affaires étrangères. Toshiaki prônait le commerce extérieur et la mise en valeur du Nord ; Tokunai apprit ses idées avec les techniques d'arpentage. Il alla aussi étudier les mathématiques à Nagasaki.
Sous le grand conseiller Tanuma Okitsugu, le shogunat projeta une exploration d'Ezo. Recommandé à la place de son maître malade, il rejoignit l'expédition comme simple porteur. Avec Aoshima Shunzo et d'autres, il explora la côte de Kushiro à Nemuro et passa à Kunashiri, guidé par le chef aïnou Ikotoi.
Il hiverna à Matsumae, repassa à Kunashiri et poussa avec Ikotoi jusqu'à Etorofu et Urup. À Etorofu, il rencontra des Russes et, par l'entremise des Aïnous, s'informa sur la Russie. Mais cette année-là, Tanuma fut disgracié et la mise en valeur d'Ezo fut abandonnée.
L'année précédente, il avait tenté de retourner à Ezo, mais le domaine de Matsumae découvrit son identité et l'expulsa. Il s'établit à Noheji, dans le Mutsu, grâce au batelier Shinshichi, et épousa Fude, fille des Shimaya, marchands de saké et armateurs.
Le soulèvement de Kunashiri-Menashi, révolte des Aïnous, éclata à Ezo, et Tokunai en avertit Aoshima à Edo. Il l'accompagna pour enquêter, mais à leur retour, soupçonnés d'avoir outrepassé leur mission, ils furent emprisonnés. Aoshima mourut de maladie en prison.
Tokunai tomba lui aussi malade en prison, mais grâce notamment aux démarches de son maître, il fut innocenté et libéré. Apprécié pour son expérience, il fut nommé fushinyaku, fonctionnaire du shogunat : une ascension exceptionnelle pour un fils de paysan.
Sur ordre du shogunat, il alla explorer Sakhaline, en étudia la géographie et découvrit la contrebande du domaine de Matsumae et sa dureté envers les Aïnous. Lors du voyage précédent à Ezo, il avait enseigné aux Aïnous la culture des plantes et fait unifier les balances du commerce. Expert d'Ezo, il fut envoyé maintes fois dans le Nord.
Lors d'une grande expédition du shogunat à Ezo, il alla à Etorofu sous les ordres de Kondo Juzo et dressa la borne Dai Nippon Etorofu, affirmant la souveraineté japonaise. Il dirigea aussi une route à travers les monts Hidaka, mais, en désaccord avec le chef de l'expédition, il fut relevé.
Alors que la tension avec la Russie montait, il fut affecté à Sakhaline et partit de Soya. Il longea la côte depuis la baie d'Aniva jusqu'à la côte ouest et vit des bateaux santan faisant la navette avec le continent. Il se rendit neuf fois à Ezo et passait pour le meilleur connaisseur de la région.
Il rendit visite au médecin allemand Siebold, venu à Edo, et le rencontra plusieurs fois pour parler du Nord et des sciences. Il lui montra une carte de Sakhaline levée par Mamiya Rinzo et l'aida dans l'étude de la langue aïnoue. Il aurait été l'un des Japonais en qui Siebold avait le plus confiance.
Il passa ses dernières années à Asakusa, à Edo, et y mourut cette année-là. Son livre Ezo Soshi, sur la géographie du Nord, la vie des Aïnous et la Russie, fut connu dans le monde grâce à Siebold. Il resta toute sa vie l'ami du lettré Hirata Atsutane.
Tanuma OkitsuguHirata AtsutaneMamiya RinzōPhilipp Franz von Siebold
Tsutaya JūzaburōUesugi YōzanDaikokuya KōdayūKitagawa UtamaroŌtsuki GentakuRyōkanMatsudaira SadanobuKatsushika Hokusai
Personnages de la période Edo ・ Personnages par période
Fondé sur des faits attestés par les manuels et les biographies. Les points incertains sont signalés.