室町幕府における最高幹部である足利一門の三管領（斯波・畠山・細川）のひとつ細川氏本家・京兆家の生まれ。父は応仁の乱時に東軍を率いた細川勝元。母は勝元の正室・山名熙貴の娘（養父は山名宗全）とされるが、根拠となる史料は無い。
家督相続.
政元は丹波国で位田氏・荻野氏・大槻氏・須知氏らが起こしている国人一揆の鎮圧が上手くいっていないこともあり、この時の出兵には反対で、義材を諌めようとしたものの無視されている。この時から政変を計画していたとされる。
明応の政変による政権奪取.
但し、以後も幕府権力は存続していたとする見方もあり、伊勢貞宗は日野富子の意向で将軍義澄の後見役を務め、度々政元の行動を抑止している。また、政元の命を受け政変を主導していた政元家臣の京兆家内衆である丹波守護代・上原元秀が急死、京兆家内で政変に消極的な家臣が多数を占めるようになると、京兆家はなるべく幕府の意向を容認、前将軍義材派の巻き返しを用心する方向に切り替えたため、政変後の幕府と京兆家は協調関係に入っていったのではないかとする意見もある。
諸勢力との戦い.
後継者問題.
政元の気分屋的な傾向、そして実子が無かったことは細川京兆家の家督相続問題を直撃した。
養子2人を迎えたことにより、政元の後継者候補は、澄元と澄之となった。政元は、摂津国と丹波国をそれぞれ2人に分与する方針であったともされるようだが、細川京兆家としての総領をいずれにするかで、内衆（家臣団）は二派に分かれて争うことになる。
また、分家の野州家からも高国を養子として迎えていたとされるが、後にこれがさらなる混乱へとつながることになる。なお高国については養子となった時期が不明であり、実は政元は後継の養子にしておらず、政元死後に高国が澄元との対立のなか自分も養子になったと言い出したという説や最初から実家の野州家を継ぐことを前提とする養子縁組であったとする説（高国の実父の細川政春には他に男子がいなかった）もある。
永正の錯乱と最期.
また、政元をもって京兆家嫡流である細川頼元の血筋は絶え、頼元の弟である細川満之・細川詮春の子孫が細川京兆家の家督の地位を争うこととなる。
暗殺の理由.