学士、2000年获得东京理科大学物理硕士、2003年获得综合研究大学院大学天文学博士。获得博士学位后前往台湾进入国立中央大学天文研究所担任博士后研究员。2006年2月成为该研究所教授至今。
研究.木下大辅的研究是小行星、彗星、柯伊伯带天体等太阳系小天体观测。并参与阿塔卡玛大型毫米波天线阵、台美掩星计画等观测计画。2005年木下大辅在鹿林天文台观测时发现小行星231051，是鹿林天文台发现的第二颗小行星。2011年木下大辅参与制作天文相机成功，该相机 NCUcam-1 是台湾