光绪二十九年（1903年），剪掉发辫，留学日本学习政治。在日本陆续结识孙中山、黄兴、廖仲恺等人。光绪三十一年（1905年），和同邑的13人加入中国同盟会，被推为会计，后来任中国同盟会广东支部长。孙中山、黄兴等人不在日本期间，中国同盟会组织涣散，何天炯与吴玉章等人团结各省的会员，以开展工作。何天炯是1905年至1911年中国同盟会东京本部存续期间，唯一在本部任职并坚守的重要干部。1911年，何天炯到香港和黄兴等人策划广州黄花岗起义，何天炯负责运输联络工作。中华民国成立后，孙中山任大总统时，何天炯任大总统府