Las autoridades de Japón, así como las de Estados Unidos, trabajan para confirmar la autenticidad del video.
Las imágenes, publicadas este sábado, son difundidas a menos de una semana después que se conociera la decapitación de otro japonés, Haruna Yukawa.
Estado Islámico pedía US$200 millones de rescate por ambos.
En el video aparece un islamista que habla inglés con acento británico, como en anteriores ocasiones.
Lo diferente, sin embargo, parece ser la ubicación. A diferencia del desierto paisaje de otras grabaciones, en esta ocasión aparecen de fondo una colina y unos matorrales.
Goto, conocido periodista y documentalista de 47 años, fue secuestrado en Siria en octubre, adonde fue para tratar de facilitar la liberación de Yukawa.
La portavoz del Consejo de Seguridad Nacional, Bernadette Meehan, expresó la solidaridad del gobierno de Estados Unidos con su aliado japonés.
"Hemos visto el vídeo que supuestamente muestra que el japonés Kenji Goto ha sido asesinado por el grupo terrorista Estado Islámico. Estamos trabajando para confirmar su autenticidad", le dijo Meehan a la BBC.
Piloto jordano
En el último video no se menciona al piloto jordano Moaz al Kasasbeh, también en manos de EI.
Funcionarios japoneses venían trabajando con las autoridades jordanas para conseguir la liberación tanto de Goto como del piloto.
Sin embargo, ambos gobiernos habían reconocido este sábado que las negociaciones se habían atascado.
El martes, EI había publicado un video en el que decía que Goto "tenía sólo 24 horas de vida" y Kasasbeh "incluso menos".
Los islamistas habían dado como plazo hasta la puesta de sol del jueves para liberar a Goto a cambio de que los jordanos liberaran a la iraquí Sajida al Rishawi.
Los jordanos sin embargo exigían también la liberación de Kasasbeh.
Además, se supo que los milicianos han intercambiado correos electrónico con la madre de Goto, quien han pedido públicamente la liberación de su hijo.