Roboten sköts upp från landets östkust och landade i Japanska havet.
Enligt japanska tv-bolaget NHK, som citerar försvarsdepartementet, kan roboten ha landat i ett område i havet som räknas som japansk ekonomisk zon.
Roboten ska ha färdats i över 40 minuter, vilket är ovanligt lång tid, enligt den japanska regeringen.
Både Japan och USA har protesterat mot den nordkoreanska raketuppskjutningen, som kom när läget redan var spänt.