2000年7月のアフリカ選手権男子400mを45秒62で制し、初のメジャータイトルを獲得した。2001年8月のエドモントン世界選手権男子400m準決勝で44秒92をマークして組2着に入り、世界大会で初めて決勝に進出した。決勝は準決勝よりもタイムを落とす45秒13で5位（当時）に入ったが、その後、アントニオ・ペティグルーのドーピング処分により、順位が4位に繰り上がった。2002年8月のアフリカ選手権男子400mを45秒67で制し、この種目ではイノセント・エグブニケ（1985年大会・1988年大会）以来、2連覇を達成した史上2人目の選手となった。2003年8月のパリ世界選手権男子400mに出場すると、予選を全体2位の45秒15、準決勝を全体4位（当時）の44秒75で突破し、2大会連続となる決勝に進出したが、決勝では45秒17と一番悪いタイムをマークして7位（当時）に終わった。その後、ジェローム・ヤングとカルビン・ハリソンのドーピング処分により、順位が5位に繰り上がった。2003年9月13日に年間王者決定戦であるワールドアスレチックファイナル男子400mに出場すると45秒67をマークし、ジェローム・ヤング（45秒04）、マイケル・ブラックウッド（45秒25）、アレイン・フランシク（45秒25）に次ぐ4位（当時）に入った。その後、ジェローム・ヤングのドーピング処分により、順位が3位に繰り上がった。2004年7月のアフリカ選手権男子400mを45秒03で制し、この種目で男女通じて史上初の3連覇を達成した。2004年8月のアテネオリンピック男子400m予選を45秒34（全体7位）で突破し、初めて準決勝に進出した。初の決勝進出がかかった準決勝では組2着までに入るか、3着以下の選手たちの中でタイム上位2選手になれば決勝に進出できたが、45秒23の組4着に終わり、全体8番目のタイムながら決勝には進出できなかった。
幕臣の子で、江戸目白台の徒士屋敷（現東京都文京区目白台の日本女子大学敷地内）に生まれる。父は西山家から養子に入った樫郎、母は町子。田口家は初代右衛門が将軍・徳川吉宗の従士として使えて以来の家系で、のちに零落し、天保12年（1841年）に佐藤一斎が株を買い、一斎の長男である慎左衛門が継ぐ。慎左衛門の娘町子は井上家に嫁いだ後に後家となり、樫郎を婿に迎えた。安政6年（1859年）に父の樫郎、翌年には長兄の貫一郎が相次いで死去し、家督を相続。慶応2年（1866年）に元服して従士見習いとなるが、12月に幕府の軍制改革で従士組が廃止され、新設の銃隊に配属される。また、昌平坂学問所でも学んでいる。同年には異父姉の鐙子が但馬出石藩の儒者・木村熊二に嫁ぎ、田口家も下谷の木村家と同居する。近所の徒目付・乙骨太郎乙とも親交があった。明治維新による幕府瓦解において義兄の熊二は彰義隊を支援するなど抵抗し、田口家は横浜へ逃れ商売を行う。卯吉は乙骨の勧めで旧幕臣の経営する骨董屋で働き、アメリカ長老派の宣教師に英語を学ぶ。明治元年（1868年）に徳川家の静岡移封に伴い沼津へ移住し、沼津兵学校で英語教師をしていた乙骨のもとへ寄宿する。兵学校で学び、中根淑の漢学塾でも学ぶ。兵学校時代に島田三郎と知り合い、中根塾では伊庭想太郎らと交友している。明治2年（1869年）に生育方に付くが同年9月に廃止され、義兄の熊二や父の実家西山家の周旋で沼津勤番組に配属される。明治3年（1870年）9月に第六期資業生試験に合格し、12月には静岡病院での医学修行を拝命する。また、義兄の熊二はこのころ海外渡航し、卯吉は家長の立場となる。明治4年（1871年）廃藩置県で静岡藩が解消され主な人材が東京へ移ると、卯吉も乙骨とともに上京する。島田とともに薬屋を志し、開校予定の科学専門学校に応募するが開校は中止となり、大学予備門に入学するがほどなく退学している。尺振八の私立共立学舎に入学し、翌明治5年（1872年）に大蔵大輔井上馨と渋沢栄一が人材育成機関として構想した大蔵省翻訳局が発足し、乙骨や尺が登用されると島田とともに応募し上等生徒となる。翻訳局では経済学や西洋文明史が教授され、このころにギゾーなどの影響を受け医科から転向したといわれ、またキリスト教にも接している。だが、明治6年（1873年）に井上や渋沢が辞し、続いて大蔵卿に大隈重信が就くと組織改編で翻訳局は縮小され、翌年には廃止となり卯吉は大蔵省紙幣寮に異動となる。明治9年（1876年）には旧幕臣の娘・千代と結婚。著述活動をはじめ、明治10年（1877年）に自費出版で『日本開化小史』を刊行開始。翌明治11年（1878年）には『自由交易日本経済経済論』を出版。同年には沼間守一らの嚶鳴社設立に島田とともに発起人として参加し、演説活動も行っている。翌明治12年（1879年）に大蔵省を辞職し、翻訳業を手がけつつ新聞への投書や著述活動を行い、同年にはイギリスの『エコノミスト』誌を範とした『東京経済雑誌』を創刊し、自由主義の立場での論陣を張った。明治13年（1880年）には東京府会議員となり、憲法制定や、条約改正などの政治問題に関しても発言。自由党機関紙『自由新聞』の客員も務める。実業家としては、東京府知事・高崎五六から提案された府の士族授産金処理事業としての南洋交易を引き受け、明治23年（1890年）に南島商会を組織し、貿易船天祐丸で南洋渡航を行う。東京株式取引所（現東京証券取引所）、鉄道経営においては明治20年（1887年）に両毛鉄道社長、21年に小田原電気鉄道（現箱根登山鉄道）取締役などを務める。明治23年（1890年）には府会副議長となり、明治27年（1894年）には尾崎三良らと帝国財政革新会を結成し、この年には衆議院議員に当選する。明治29年（1896年）には進歩党を結成、明治30年（1897年）には島田三郎らと財政整理期成同盟会を組織する。明治31年（1898年）、憲政党創設委員に参加。明治32年（1899年）には法学博士となる。明治33年（1900年）、義和団の乱に際して視察を行う。晩年『国史大系』、『群書類従』の編纂に道筋をつけた。ほとんど独力で行われたこれらの編纂・出版事業を評して鳥谷部春汀は「利益のみを目的としては決して企てることができない、文壇への慈善事業である」と賞賛している。明治38年（1905年）、慢性腎炎のため死去。