生于日本岐阜县大野郡数屋村（现本巢市），亲生父亲姓木野村，高木是他母亲的姓氏。高木贞治的养父是其舅父。1894年入读东京帝国大学数学科，毕业留学德国哥廷根大学。1901年返回日本，在东京大学教授代数。1932年担任国际数学联盟副主席。1936年首届菲尔兹奖评审委员。