弘治2年（1556年）、吉川元春の次男として生まれる。永禄11年（1568年）1月21日に毛利輝元の加冠により元服し、毛利元就より「元」の字の一字書出を受け、元棟と名乗った。永禄9年（1566年）11月21日に周防国の仁保隆在が男子のいないままに死去していたため、元亀2年（1571年）に仁保隆在の娘と婚姻し、婿養子として仁保氏の1700貫の所領と家督を相続した。これにより、これ以前に与えられていた300貫と合わせて2000貫を領した。しかし、元棟（以下、元氏と表記）は未だ若年であったために、後見役・毛利氏向名代として吉川氏一族の江田智次（宮内大輔）が付けられた。永禄12年（1569年）に尼子勝久や山中幸盛ら尼子氏再興軍が出雲国へ侵攻したため、父・元春や兄・元長らと共に元氏も出雲国へ出陣した。永禄13年/元亀元年（1570年）には父や兄と共に、尼子勝久や大内輝弘と手を組んで毛利氏の後方を撹乱していた三隅国定を討ち取っている。その後、恩賞として三隅氏の旧領3000貫を得た。天正3年（1575年）12月23日には安芸国上下庄北の北就勝の旧領100貫の地、天正5年（1577年）2月14日には出雲国の秋上氏の旧領を与えられる。また、後に山陰地方の肥中港（現在の山口県下関市豊北町神田肥中）や瀬戸崎港（現在の山口県長門市仙崎）を押さえて、山陰の海運を担うこととなった。出雲国への出陣以降も中国地方各地を転戦し、天正6年（1578年）の播磨国上月城の戦いや、天正9年（1581年）の因幡国鳥取城での戦い等に参加した。父や兄と共に救援として参陣した鳥取城の戦いでは、外曲輪への一番乗りを果たしている。天正10年（1582年）5月13日、吉見広頼と起請文を交わし、今後の昵懇を誓った。
小学校時代は東住吉のリトルリーグに所属し、左腕のエースとして活躍。その後シニアリーグに入り、中学ではサッカーに勤しんでいた。PL学園高校に進学。チームメイトの吉村禎章や若井基安とともに活躍し、2年生の秋には秋季大阪府大会と秋季近畿大会で優勝。チームは翌年春のセンバツ大会に選出された。1981年の第53回選抜高等学校野球大会では、5試合45回を一人で投げ切り、被安打19、防御率0.20、三振43、四死球7、被打率.123、完封3。打者としても打率.353という輝かしい成績を残し、特に決勝の印旛高校戦では、1-0とリードされて迎えた9回裏一死、代打の選手の同点3塁打が出た直後に、一二塁間を抜くサヨナラヒットを自ら放って逆転優勝を決め、「逆転のPL」の名を高めた。大会で記録した0.20の防御率は現在まで、1975年の金属バット採用後のセンバツ優勝投手の中では、1983年の水野雄仁に次ぐ第2位の好記録となっている。法政大学法学部進学後は、1年時の秋季リーグ戦から東京六大学リーグ公式戦に登板、2年時の春季立教大学戦から翌年春季の明治大学戦まで16連勝を記録した。これは現在も東京六大学野球の最多連勝記録となっている。在学中に3度のリーグ優勝と2度の大学日本一（1984年春と1985年春）に貢献し、大学通算成績は54試合登板、30勝5敗7完封、防御率1.60、ベストナイン3回受賞。ロサンゼルスオリンピック日本代表にも選ばれた。1985年のドラフト1位で南海ホークスに入団。プロ1年目の1986年の開幕は二軍で迎え、本人は特に一軍登録を焦ってはいなかったというが、主力投手陣の不調もあり、ウエスタン・リーグで先発予定だった4月17日に急遽一軍登録され、阪急西宮球場で行われた対阪急戦にベンチ入り。中継ぎに起用され、プロ初登板で初勝利を飾る。4月29日には先発として登板し、5月5日に藤井寺球場で行われた近鉄戦では完投勝利し、南海の主力投手陣の一人として定着。7月半ばまでに7勝を上げ、オールスターゲームにも選出され、第2戦で先発登板し3イニングを無失点に抑えている。同年は10勝10敗、防御率3.89（リーグ10位）という成績を収めた。プロ2年目となる1987年には、故障が続き9月に二軍落ちしたため7勝10敗、防御率5.59の成績にとどまった。3年目の1988年3月23日のオープン戦ではヤクルト相手にノーヒットノーランを達成した。4月9日に前日の試合が雨天中止となり、初の開幕投手を務めることになった西武との開幕戦でも8回途中まで西武打線を無安打に抑えていたが、清家政和に二塁打を打たれてから均衡を破られ、結局敗戦投手となってしまった。その後チームは球団史上初の開幕7連敗を喫してしまう。9月14日に球団の譲渡が正式発表され10月20日に行われた南海最後の試合となる対ロッテ戦には先発投手としてマウンドに立った。1990年オフに5対4のトレードで阪神に移籍。在籍2年間で5試合の登板にとどまり1992年限りで現役を引退した。引退後は、大阪にてゴルフのアシスタントプロを経て、現在はトラックドライバーの職に就いている。休日には子供たちに野球を指導していた。2度の結婚歴がある。45歳の時再婚し、1男をもうけている。