山形県出身。米沢藩士族の出身で、曾祖母は「国字四書」で知られる黒井繁乃。父は松江高等女学校校長・黒井小源太。父の弟が黒井悌次郎である。府立一中を経て、海軍兵学校51期を卒業。1924年（大正14年）12月、海軍少尉に任官。樋端久利雄、木梨鷹一、工藤俊作らが同期生である。黒井は霞ヶ浦海軍航空隊飛行学生を卒業し搭乗員となる。1925年（大正15年）12月、海軍中尉に進級し横須賀海軍航空隊附を経て、1927年（昭和2年）12月、水上機母艦「能登路」乗組となる。1929年（昭和4年）4月、演習中に搭乗機の発動機故障により済州島沖に不時着水した。商船「香取丸」が偶然、黒井らを発見し救助にあたる。風速25メートルの荒天の中、黒井と商船の意思疎通は阻害され、商船員は艇を下ろして救助に向かい黒井機まで近づいた。しかし、黒井は「機を捨てて身柄のみ救助されるのは辞退する」と述べ救助を断る。悪天候の中、商船に飛行機を曳航することは不可能であった。黒井ら搭乗員は翌日未明まで機を守ったが、午前5時近くに転覆。黒井機搭乗員は鶴羽兵曹が殉職し、白川兵曹と黒井は潜水艦に救助された。この黒井の行動は「海軍飛行将校の責任感の鑑」と称えられた。なお、商船員の決死的行動も海員として模範的なものであり、現地に留まり黒井らを救助した潜水艦に緊急信号を発信している。連合艦隊司令長官・谷口尚真は、経緯を記述するよう黒井に勧めたが黒井は断った。同年11月、霞ヶ浦海軍航空隊教官となり、海軍大尉へ進級。1932年（昭和7年）重巡「愛宕」乗組となり同艦飛行長となる。翌年連合艦隊基本演習に参加し、3月4日の発艦飛行演習中に高知県室戸岬沖で行方不明となる。海軍省が認定した殉職日は3月10日であった。同年、白川兵曹は五島列島付近で殉職した。ただしこの事故は敵に攻撃されたものではなかったため、戦死扱いではない。黒井ら海兵51期の航空機での殉職者は14名である。米沢海軍武官会会員。
市川警察署が、「水死体X」の司法解剖を行なった結果、市川警察署は、水死体が当時行方不明であった日本大学芸術学部の学生、革マル派全学連のメンバー、水本潔であり、死因は溺死、覚悟の入水自殺であると判断したが、水死体Xの顔写真を見た水本の母親が「これは潔ではない」と発言したという。革マル派はこの事件をCIAも関与した権力犯罪であると規定した。革マル派は、水死体は水本とは別人の「そっくりさん」であり、水本は権力によって謀殺された権力犯罪であると規定して「水本運動」を展開し、街中に水死体Xと水本の顔写真をあしらったポスターを多数貼りつけ、多数の文化人の署名を集めた。このとき、署名した文化人の中には、革マル派に反感を抱く立場の人々も少なからず含まれていた。水本は上智大学で発生した中核派との内ゲバを理由に逮捕され、被告人となっていた。革マル派の主張によると、この事件は権力の謀略であり、水本は権力にとって都合が悪い人物であったということになる。水本事件をめぐる裁判では、証人として当時の上智大学副学長デベラが裁判所に出頭、目黒今朝次郎が国会で採り上げるに至った。対する中核派や革労協は、水死体Xは水本本人であり、かつ「そっくりさん」を探すことなど絶対に不可能であると主張した。また、もしも水死体が水本でなければ、水本は生きている可能性があるにもかかわらず、革マル派は水本がすでに死亡していると断じており、「水本運動」が権力謀略論の論拠として使われていることなどから、革マル派が水本事件に言及している運動のことを「水本デマ運動」と呼称し、「究明する会」メンバーを殺害するなど、激しい攻撃を浴びせた。1977年4月15日、埼玉県にて革労協が革マル派幹部藤原隆義（杜学）他4名を焼殺（浦和車両放火内ゲバ殺人事件）。1977年4月17日に京葉道路妨害事件が発生。京葉道路の武石インター付近に通行を妨害するために、盗難車を使い大量の廃油や釘がばらまかれるという事件が発生した。革マル派は犯行声明を出し、同事件は「水本事件や4.15殺人事件に対する報復」であると表明した。しかし中核派は、犯行に用いられた車両が革マル派4名が焼き殺された浦和車両放火内ゲバ殺人事件が発生した4月15日よりも前に盗まれていたこと、同事件の現場が埼玉県であるにも拘らず千葉県の道路を標的としていること、成田空港問題を抱える千葉県成田市へ向かう京葉道路の下り線を標的としていること、さらに革マル派がこの妨害によって三里塚芝山連合空港反対同盟が主催する成田市の集会に結集しようとしていた人々の到着が大幅に遅れたことを誇示していたことから、三里塚闘争への妨害を目的としたものであると断じた。なお、このとき三里塚芝山連合空港反対同盟が開催した集会は、岩山鉄塔撤去阻止を訴えて三里塚第一公園で行なわれたもので、三里塚闘争史上最大の規模（千葉県警調べで1万1750人が参加）となった。またこの集会で革労協が浦和車両放火内ゲバ殺人事件での犯行を認めるビラを撒いている。三里塚芝山連合空港反対同盟は「水本運動」に対して激しい怒りを表明し、さらに同年5月6日の岩山鉄塔撤去の騒動を革マル派が「権力とのなれ合い」と揶揄したことから、同29日に革マル派の永久追放を新左翼各派とともに決議した。反対同盟の幹部は、もしも三里塚闘争のことを知っている人間であれば、水本運動についての署名などは、絶対に出来ないはずだとすら言明した。1978年1月17日には、東京都で水本事件の真相究明を訴える内容の電波ジャック事件が発生した。午後0時からのNHKニュースが15分間音声が電波ジャックされたというもので、渋谷区、中野区、杉並区、練馬区、新宿区の一部の東京都道318号環状七号線の半径5kmの範囲であった。車で移動しながら放送したものと見られる。同日夜に、電波ジャックを行ったのは国際人民連帯委員会という組織だとの革マル派の声明が発表された。声明では、革マル派は同委員会とは無関係であるとも説明していた。中核派は署名した文化人を徹底的に追及し、結果、署名を撤回する文化人が続出した。