672年、大友皇子（弘文天皇）と大海人皇子（天武天皇）が関ヶ原で戦った壬申の乱では、藤古川をはさんで両軍が対峙したと言われている。また、かつては「関の藤川」と呼ばれ、『古今和歌集』などさまざまな和歌集にその名が登場している。
1947年（昭和22年）、東京都港区生まれ。父方の祖父は鉄道官僚で、タイタニック号処女航海唯一の日本人乗客であった細野正文。母方の祖父である中谷孝男はピアノ調律師、叔母が外資系の映画会社勤務という環境から、幼い頃からポピュラー音楽に親しんだ。中学時代にロックに興味を持ち、15歳あたりからギターを手に友人とバンドを組む。漫画家を志したこともあるが、立教高等学校（現・立教新座高等学校）、立教大学の同級生だった西岸良平の才能に感服し、漫画家を諦め音楽の道を進むことを決意する。高校時代からフォークの洗礼を受け、ボーカルにも挑戦し始める。この頃、ボブ・ディランに大きな影響を受けた。立教大学在学中にベースを始め、数多くのバンドを経た1969年、エイプリル・フールのベーシストとしてメジャーデビュー。その後、大瀧詠一、松本隆、鈴木茂とはっぴいえんどを結成し、日本語ロックの礎を築く（本人は当初、日本語でロックを歌うことに反対していたという）。1973年のはっぴいえんど解散後、ソロ活動と平行して鈴木茂、林立夫、松任谷正隆とキャラメル・ママ（のちにティン・パン・アレーと改名）を結成。演奏・プロデュースチームとして多数のアーティストの楽曲に参加、荒井由実などのプロデュースも行う。自身のソロ・アルバムでは、ファーストの『HOSONO HOUSE』（1973年）は当時埼玉県狭山市のアメリカ村にあった自宅で録音を行い、その後の『トロピカル・ダンディー』（1975年）、『泰安洋行』（1976年）、『はらいそ』（1978年）と続く「トロピカル三部作」では南国・楽園志向にアプローチし、この三部作でのニューオーリンズや沖縄、ハワイ、中国などの音楽をごった煮にしたサウンドは海外の好事家からも注目されるようになる（この作品に加えて、プロデュース作品である西岡恭蔵の『ろっかばいまいべいびい』がある。名義上はプロデュースだが、実質は共作である）。漫画家の諸星大二郎のファンであり、彼の漫画のタイトルから曲名をつけたこともある。シンセサイザー・コンピュータを用いた音楽やディスコへの興味が高まっていった1978年、元サディスティック・ミカ・バンドの高橋幸宏、当時スタジオ・ミュージシャンでもあった坂本龍一とイエロー・マジック・オーケストラ (Y.M.O.) を結成。当初は細野主体の企画もののバンドと捉えられていたが、1980年にはその活動がブームを巻き起こす。Y.M.O.の成功をきっかけにメディアにも露出するようになり、アイドル・歌謡曲界への多数の楽曲提供、新人発掘のためのレーベル「YEN」の高橋との共同による立ち上げなど個人としても精力的に活動を行う。また、ヴィデオ・ゲーム「ゼビウス」の音源をダンス・ミュージックにアレンジした『ビデオ・ゲーム・ミュージック』（1984年）をプロデュース、ゲーム・ミュージックが音楽ジャンルとして確立するきっかけをつくった。1983年のYMO散開（解散）後は、テイチクに移籍し、「Non Standard」と「Monado」の2つのレーベルを立ち上げる。Non Standardレーベルからはピチカート・ファイヴやWorld Standardを輩出。また、自身の代表作として映画『銀河鉄道の夜』のサウンド・トラックを手掛ける。Monadoレーベルからは実験的な作品を中心にいわゆる「観光音楽」と呼ばれる作品を発表。代表作として映画『パラダイスビュー』のサウンド・トラックを手掛ける。その後、1989年にエピック・ソニーに移籍し、ソロアルバム『omni Sight Seeing』を発表。また、映画『紫式部 源氏物語』のサウンド・トラックを手掛ける。その後、ソロアルバム『メディスン・コンピレーション』を発表。その後もプロデューサーや作曲家としての活動や映画音楽の提供（『メゾン・ド・ヒミコ』他）などをこなしながらも、ソロアルバム発表や多くの他アーティストとのユニット（別項参照）結成など自己の音楽活動も枚挙に暇が無い。Y.M.O.時代からの多忙と、日本のバブル崩壊以前の消費社会に対する疲弊に辟易とした後、1980年代後期にはワールド・ミュージック、1990年代にはアンビエント・ミュージックに深くアプローチし、大量消費に頼らない音楽を模索した。自身のレーベル「daisyworld discs」を1996年に創設、2002年よりYMO時代の盟友、高橋幸宏とスケッチ・ショウ (SKETCH SHOW) を結成しフォーキーなエレクトロニカサウンドに取り組む。また2005年にはHISにてシングルをリリース、翌年この名義にて忌野清志郎のライブに参加するなどしている。SKETCH SHOWは坂本龍一ともコラボレートしており、ライヴやコンピレーション・アルバムでは3人でヒューマン・オーディオ・スポンジ (HAS) として活動も行う。2007年にはHASとしてのライブ活動のほか、YMOとしても「RYDEEN 79/07」を発表、さらにはHASYMOとしても「RESCUE」を発表するなど、活発な活動を行っている。その一方で、2005年9月に狭山稲荷山公園で行われたハイドパーク・ミュージック・フェスティバルでは久々にヴォーカルをとって『HOSONO HOUSE』の曲を披露。以降、東京シャイネスやハリー・ホソノ・クインテットなどのユニットを結成し、カントリー&ウェスタンスタイルのライブ活動を行う。これらの活動は2007年9月に発売されたソロ・アルバム「FLYING SAUCER 1947」に結実する。また、同年4月に坂本龍一の立ち上げたレーベル「commmons」からトリビュート・アルバムが発売され、同年7月にはトリビュートライヴが日比谷野外音楽堂で催された。2008年にはトリビュート・アルバムの続編も発表されている。2008年3月、平成19年度芸術選奨の大衆芸能部門で文部科学大臣賞を受賞。2011年、『くるり×細野晴臣 東北ツアー』を開催。2013年、京都精華大学ポピュラーカルチャー学部の客員教授に就任。2017年に退任した。2015年、『キネマ旬報』に連載したコラム「映画を聴きましょう」で、第42回キネマ旬報読者賞を受賞。