帰国後は教員となって、アメリカ留学で学んだ理論的な開発主義の教育学を、東京師範学校（現筑波大学）に取り入れ、近代教育の基礎づくりに貢献した。明治10年代、ペスタロッチの教育思想に基づく、生徒の自発性を重視する開発教育は、師範学校を中心に全国に広まりブームとなった。こうして、古い体質の東京師範学校の改革に着手、開発教育の紹介と普及に努め、東京師範学校校長 / 東京高等師範学校校長（後に改称）、東京美術学校校長、東京音楽学校校長、また女子教育にも熱心で、東京女子高等師範学校校長などを歴任した。更に、『教育新論』などの出版も手掛けた。このように、ペスタロッチ主義の教育法と原理を我が国の教員養成機関に伝え、広めた功績によって、高嶺秀夫は「師範学校の父」と呼ばれた。また、東京師範学校で動物学を開講、東京大学でも生物学教授モースの助手を兼任し、動物の科学的な解剖実験を行っている。日本の伝統美術に造詣が深く、浮世絵の収集は、3千点以上に及び、浮世絵の研究をとおして、伝統美術の保護を進めたフェノロサとも交遊していた。帝国博物館（現東京国立博物館）が設置されると、その委員を務め、さらに明治32年（1899年）には、東京美術学校（現東京芸術大学）の校長も兼務した。明治40年の第一回文展（現在の日展）では審査員も務め、近代日本の美術の保護・奨励にも大きな足跡を残した。彼がなした他の業績は、シカゴ万国博覧会（1893年）への日本の展示、日英博覧会（1910年）への尽力がある。明治43年（1910年）、心臓麻痺のため57歳で亡くなり、葬儀には各界から千人以上の人が参列し別れを惜しんだ。墓所は豊島区駒込の染井霊園。死没に際して内閣総理大臣・桂太郎、文部大臣・小松原英太郎の下で従三位に叙せられ、勲二等瑞宝章を授かった。
1874年（明治7年）に福澤諭吉の推薦で文部省に出仕。明治8年（1875年）から同11年（1878年）まで、文部省の派遣留学生として、アメリカ合衆国ニューヨーク州のオスウィーゴー州立師範学校（現在のニューヨーク州立大学オスウィーゴー校）に留学した。当時、オスウィーゴー師範学校は教師養成のための、進歩的で革新的な学校としてその名声は絶頂期で、オスウィーゴー校への留学は幸運であった。高嶺秀夫はエドワード・シェルドン(Edward Austin Sheldon)校長を通して、有名な教育者H.クリュージイ.Jr（1817～1903年）家に寄宿した。オスウィーゴー校は、ペスタロッチの教育思想に基づく、生徒の自発性を重視する開発教育・教授法を、校長のシェルドンを中心に「オスウィーゴー運動」として全米に広めた。高嶺は、ここで真摯に学び優秀な成績を修めた（当時の学籍簿が、1968～69年にかけて米国留学中の村山英雄により、ニューヨーク州立オスウィーゴー大学にて発見され、学業成績が明らかにされた）。明治9年（1877年）7月3日、オスウィーゴー校を卒業した高嶺は、翌年3月16日にオスウィーゴーを去るまで、博物、心理学、さらに生物学の学習に全力を傾注した。1877年夏にペニキーズ島 (Penikese_Island) で自然史のアンダーソン学校に通って、バートワイルダー（コーネル大学の有名な動物学者）の下で一学期間勉強した。当時社会的に反響を呼んだダーウィンの進化論を知り、動物学を学んだ。彼は、同校最初の日本人履修生となった。また、セイラムに於ける夏季動物学校に入学し、海産動物の構造や、組織を研究し、次いで同年冬季休業中は、ニューヨーク州イサカ大学校に於いて、ドクトル・ワイデルに就き動物学を修めている。このように、寝食を惜しんで新知識の吸収に努めたといわれる。
嘉永7年（1854年）、陸奥国若松城下の旧本四ノ丁（現在の福島県会津若松市西栄町）で、藩士・高嶺忠亮（ただすけ）の長男に生まれた。藩校・日新館で漢学を学び頭角をあらわし、南摩綱紀と共に、9代藩主・松平容保側近の小姓となった。明治元年（1868年）6月から11月の会津戦争では藩主とともに籠城し、降伏した。東京でしばらく監禁を宣告され謹慎して、丹波亀山藩の松平家の保護下に置かれた。赦免後、沼間守一の私塾に通い、英語を学び始めた。斗南藩（旧会津藩）の命により、明治4年（1871年）7月、福澤諭吉が開設した慶應義塾（後の慶應義塾大学）に入学し、洋学・漢学を学んだのちに、5年間にわたり教員も務めた。同窓に鎌田榮吉、釈宗演、後藤牧太がいる。
室町時代までは、盤上に隅の星の位置に白黒の石を2子ずつ置いてから対局を始める事前置石制（互先置石制）が主流であったため、現代風の布石の概念は無く、最初から戦いが始まるのが一般的だった。室町後期から盤上に何もない状態から対局が開始される自由布石が広まり、布石と呼ばれる段階が発生した。本因坊算砂などの時代にはこの対局方法が広まり、隅への着点も小目、高目、目外しなどが主流となる。江戸時代になると家元制の下で、「一に空き隅、二にシマリかカカリ、三に辺」の布石理論が固まっていった。またこの時代に、隅の定石が整備され、布石と一体となって発展していった。本因坊道策は全局的な視点と手割論による合理的な布石法を生み出し、その後の布石の進歩に大きく貢献した。江戸末期の本因坊秀和、本因坊秀策らの時代にこの布石法は頂点に達し、秀策流の名も残っている。江戸中期の7世安井仙知の中央重視の布石や、明治期の本因坊秀栄のスピードを重視した星打ちなど、新しい考え方も少しずつ広がった。昭和初期には木谷実と呉清源らが新布石を発表し、まったく新しいスタイルとして大流行を起こした。新布石はそれまでの小目中心の布石から星、三々を中心にすえたスピード感あふれる布石であり、また旧来の考え方からは想像も出来ない初手天元や五の五などの大胆な発想で一世を風靡し、囲碁界のみならず一般社会も巻き込んで一大センセーションを巻き起こした。その後、新布石はそれ以前の旧布石と融合し、現代の布石に至った。また現代においてはコミの導入の影響により、黒番ではより攻撃的な布石が目指されるように変わった。三連星や中国流などシステム化された布石も数多く生まれている。近年では、武宮正樹による中央重視の「宇宙流布石」が、世界の囲碁界にインパクトをもたらした。中国流の、隅のシマリより辺のヒラキを優先する発想もまた、その後の布石の進化に大きな影響を与えている。中国では清代（明治期）に日本の自由布石が伝わり、事前置石制から移行した。韓国では巡将碁と呼ばれる事前に16子を置く事前置石制が主流だったが、戦後に日本で修行した趙南哲が自由布石法を広めた。両国とも1980年代には棋力のレベルも日本と肩を並べ、それぞれ独自の布石研究も進んだ。