經歷
出生於奈良縣北葛城郡磐城村（現在的葛城市）。就讀奈良縣立畝傍中學校（現在的高等學校），大正13年（1924年）7月從海軍兵學校畢業（第52期）。
太平洋戰爭開戰前，從第三航空隊參謀調任為航空母艦赤城的飛行隊長（這也是他第二次擔任赤城的飛行隊長），這次降任是比較少有的人事調動，據說這是他的同期好友偷襲珍珠港作戰計畫者之一源田實的安排。從昭和16年（1941年）11月一直到作為第一航空艦隊旗艦的赤城在中途島海戰中被擊沉為止，共有 淵田美津雄中佐，板谷茂少佐，村田重治少佐三名飛行隊長一起在艦上服役。
昭和16年（1941年）12月8日，偷襲珍珠港的戰鬥中，淵田帶領九七式艦上攻擊機進行了第1波攻擊，並發出著名的「突 突 突」（全軍突擊）和「虎 虎 虎」（奇襲成功）的電報。12月26日，以海軍中佐的身份破格向昭和天皇進行了偷襲珍珠港的匯報。昭和17年（1942年）參加了南方作戰和印度洋作戰。
1942年6月，在前往參加中途島海戰的途中得了盲腸炎所以只能滯留在赤城養病無法參加戰鬥。從赤城逃離時雙腳骨折。回到本土歷任橫須賀航空隊教官，海軍大學兼日本陸軍大學校教官，最後轉任軍令部。
昭和18年（1943年）7月，在第一航空艦隊司令長官角田覺治的麾下擔任作戰參謀。昭和19年（1944年）2月參加位於馬里亞納群島的提尼安島爭奪戰，因為美軍的強大海空力量無功而返。4月擔任聯合艦隊司令豐田副武的艦隊參謀南方軍參謀。昭和20年（1945年）8月5日，正好離開因為參加會議而逗留的廣島而躲過一劫。在廣島核爆之後作為海軍調查團成員抵達廣島，居然也沒有受到核輻射。太平洋戰爭結束時升任海軍大佐。
戰後在第二復員省（元海軍省）史實調查部，在聯合國軍最高司令官總司令部（GHQ）的領導下擔任戰爭資料的整理和研究工作。淵田對南雲忠一和山本五十六的評價非常嚴厲。
昭和24年（1949年）在日本基督教團堺教會受洗加入基督教。昭和41年（1966年）開始在日本和美國參加傳教活動。在美國被當作「偷襲珍珠港的英雄」而受到歡迎。昭和42年（1967年）回到故鄉隱居。
昭和51年（1976年）5月30日，因糖尿病引起的綜合症去世。享年74歲。
著作
『中途島』（學研M文庫，2008年） ISBN 978-4-05-901221-4
『機動部隊』（學研M文庫，2008年） ISBN 978-4-05-901222-1
以上2作是和奧宮正武一起著書。『真珠灣攻擊』（PHP文庫，2001年） ISBN 4-569-57554-4
『真珠灣攻擊總隊長的回想 淵田美津雄的自傳』（講談社，2007年） ISBN 978-4-06-214402-5
晚年從65歲到73歲去世為止斷續寫的一些草稿。死後由在美國居住的長子保存了大約30年。平成17年（2005年）記者中田整一整理。
傳記
生出壽『偷襲珍珠港的攻擊部隊總指揮 淵田美津雄中佐的生涯』（德間書店，1992年） ISBN 4-19-224925-1
生出壽『偷襲珍珠港的攻擊部隊總隊長 淵田美津雄的戰爭和和平』（德間書店，1996年） ISBN 4-19-890543-6
甲斐克彥『珍珠港的武士 淵田美津雄 成為傳道士的珍珠港的攻擊部隊隊長的生涯』
（光人社，1996年） ISBN 4-7698-0756-2（光人社NF文庫，2008年） ISBN 978-4-7698-2561-6星亮一『 淵田美津雄 使偷襲珍珠港得以成功的指揮官』（PHP文庫、2000年） ISBN 4-5695-7391-6
