ベルギー隊のデローム隊長は、昭和基地滞在中、「1937年山脈」の発見に関する権利を主張するとともに、山脈の最高峰を「福島岳」と命名することを日本隊側に提案していた。一方、日本隊の鳥居隊長は、地名命名に関する権限は東京の南極地域観測統合推進本部にあり、現地で決定することはできない、として譲らなかった。ただし、最高峰を「福島岳」と命名することについては双方が合意している。日本隊は11月1日から12月15日にかけて、かねてより予定していた「1937年山脈」の調査旅行を行い、11月20日、木崎甲子郎と深瀬一男が最高峰（福島岳）の初登頂に成功した。翌1961年（昭和36年）2月、南極地域観測統合推進本部は「1937年山脈」を「やまと山脈」、その最高峰を「福島岳」と正式に命名した。一方、ベルギー側は「1937年山脈」を「クイーン・ファビオラ山脈」と命名している。
1930年（昭和5年）9月24日、京都に生まれる。父は、法学者で関西大学法学部教授の福島四郎。京都府立京都第一中学校、京都府立鴨沂高等学校を経て、1950年（昭和25年）、京都大学理学部に入学。1954年（昭和29年）卒業、同大学院自然科学研究課程修士課程に進学、1956年（昭和31年）修了し同博士課程に進学、1959年（昭和34年）退学。大学院では長谷川万吉研究室に所属し、長島一男（当時助手）から宇宙線の指導を受ける。第1次・第3次南極越冬隊に参加した北村泰一とは、小学校から大学院まで一貫して同級生同士であった。ただし、京都大学山岳部員であった北村とは異なり、登山経験はなかった。博士課程在籍中、1958年から1959年まで第3次南極地域観測隊（永田武隊長）の夏隊に参加、「宗谷」船上で宇宙線観測に従事する。観測隊に志願したきっかけは、北村から南極のみやげ話を聞かされたことだったという。1959年4月、理化学研究所に入所し、宇宙線研究室に勤務。同年、第4次南極地域観測隊（立見辰雄隊長、鳥居鉄也副隊長・越冬隊長）の越冬隊に地球物理担当として参加した。研究テーマは、「宇宙線緯度効果の測定ならびにその経年変化の研究」および「高緯度地方における宇宙線の時間的変化の研究」であった。
1968年（昭和43年）6月、雷蔵は『関の弥太っぺ』の撮影中に下血に見舞われ、入院した。検査の結果直腸癌であることが判明したが、本人には知らされなかった。8月10日に手術を受け退院したが、家族は医師から「半年余りの間に再発する」という宣告を受けた。雷蔵は生まれつき胃腸が弱く、1961年（昭和36年）にも『沓掛時次郎』の撮影後に下血に見舞われており、病院で精密検査を受けた結果、「直腸に傷がある」という診断を受けたことがあった。また、1964年（昭和39年）1月に日生劇場で『勧進帳』をつとめた際には武智鉄二に対し、「下痢に悩まされている」と告白している。退院後、雷蔵は『眠狂四郎悪女狩り』（1969年1月11日公開）『博徒一代 血祭り不動』（1969年（昭和44年）2月12日公開）の撮影を行ったが、体力の衰えが激しく、立ち回りの場面は吹き替えの役者が演じた。1969年（昭和44年）2月に体調不良を訴え再入院。2度目の手術を受けた雷蔵は、スープも喉を通らなくなるほど衰弱していたが、『あゝ海軍』で海軍士官の役を演じることに意欲を見せ、関係者と打ち合わせを行っていた。しかし復帰がクランクインに間に合わず、大映は代役に二代目中村吉右衛門を立てて撮影することを決定。そのことを新聞を読んで知って以来、雷蔵は仕事の話を一切しなくなったという。7月17日、肝臓癌のため死去。37歳没だった。葬儀は7月23日に大田区の池上本門寺で行われた。戒名は「大雲院雷蔵法眼日浄居士」。墓所もかつては同寺にあったが、現在は久遠寺（山梨県南巨摩郡身延町）に移転している。死の間際、雷蔵は混濁した意識の中で自分の死に顔を誰にも見せないよう何度も懇願したといわれているが、妻の太田雅子はこれを否定し、「雷蔵は最後まで復帰をあきらめておらず、遺言は一切なかった」と述べている。死後、雷蔵の顔には白布が二重に巻かれ、火葬されるまで解かれることはなかった。雅子によると、本人の「痩せてしまった姿を誰にも見せたくない」という遺志から、死に顔を見たのは養父の壽海と社長の永田だけであったという。最後の出演作品となったのは『博徒一代 血祭り不動』（1969年（昭和44年）2月12日公開）で、当時人気を博していた東映の任侠路線を明らかに意識した作品だった。雷蔵は「鶴田浩二の二番煎じをやらすんかい」と出演を渋ったが、土田正義が「次はやりたい作品に出演させる」と説得し、出演が決まった経緯があった。しかし、土田は後年に本人が乗り気でなかった作品が遺作になったことについて、後悔の念を述べている。死から2年後の1971年（昭和46年）に大映は倒産したが、星川清司は「雷蔵の死は、大映の倒産を象徴する出来事だった」と回顧している。