1981年（昭和56年）12月20日に寬仁親王と信子妃の第一子として誕生した。皇室における女王は1947年（昭和22年）10月に11宮家が皇籍離脱して以来であり、また現皇室典範における女王誕生は初めてである。2005年（平成17年）11月の清子内親王の臣籍降嫁以降は未婚の皇族女子の中では最年長である。2001年（平成13年）に成年に達したことにより、勲二等宝冠章（のちの宝冠牡丹章に相当）を授与される。松濤幼稚園に一年在籍後学習院幼稚園に移り、2004年（平成16年）3月に学習院大学文学部史学科を卒業（学士 (史学)）した。徳仁が卒業した同じ学科の後輩である。同年9月より、イギリスのオックスフォード大学マートン・カレッジに留学して、日本美術史を専攻した。海外に流出した日本美術に関する調査・研究を行う。女性皇族の中では珍しく、学問研究に専念して、2010年（平成22年）1月にオックスフォード大学大学院博士課程を修了して、博士号（D.Phil.）を取得した。博士号取得は総合研究大学院大学博士（理学）の秋篠宮文仁親王に続き、皇族として2人目、女性皇族として史上初、海外の大学からの課程博士号取得は皇族として史上初となった。研究がまとまった2009年（平成21年）秋に日本に帰国して、公募採用で同年10月1日より京都の立命館大学衣笠総合研究機構ポストドクトラルフェローに就任した。グローバルCOEプログラム日本文化デジタル・ヒューマニティーズ拠点日本文化研究班に所属。皇族としての公務の合間、同機構でデータベース化作業を行う。ポストドクトラルフェローの任期が切れた2012年（平成24年）4月より2014年（平成26年）12月まで上皇明仁の幼稚園時代の学友で銀閣寺（慈照寺）住職を務める臨済宗相国寺派管長有馬頼底に依頼し、宗教法人慈照寺研修道場美術研究員に就任している。同月一般社団法人心游舎を発起人代表として設立し総裁に就任。また2012年（平成24年）4月1日より2013年3月まで、立命館大学衣笠総合研究機構の特別招聘准教授を、2013年4月から2014年3月まで、同客員准教授を務めた。2012年（平成24年）5月1日からは法政大学国際日本学研究所客員所員も務め、文部科学省国際共同に基づく日本研究推進事業欧州の博物館等保管の日本仏教美術資料の悉皆調査とそれによる日本及び日本観の研究に従事、ドレスデン美術館やポーランドに出張した。2012年（平成24年）6月6日に薨去した寬仁親王の斂葬の儀に於いて喪主を務めることが宮内庁より発表された。この時、信子妃に代わって寬仁親王の姉妹（彬子女王のおば）である近衞甯子と千容子の助けや、彬子女王同様に若くして喪主を務めた経験がある東久邇信彦（元皇族）の励ましを受けたと、後に雑誌に寄稿している。また、同手記では、寬仁親王の薨去をきっかけに、両親の確執から疎遠であった三笠宮本家（祖父である崇仁親王）との絆が強固になったことに、深く感謝している旨を記している。父母が療養中かつ、自身が留学中だった時期には、妹の瑶子女王が公務を代わりに務めた。2013年（平成25年）6月12日に、寬仁親王の後任として日本・トルコ協会総裁に就任。2014年（平成26年）4月、京都市立芸術大学芸術資源研究センター特別招聘研究員及び公益社団法人日本職業スキー教師協会総裁に就任。2015年（平成27年）4月、中近東文化センター総裁に就任した。2018年（平成30年）1月、2017年3月9日付でトルコ政府に認可されている三笠宮記念財団総裁に就任することが発表される。
太平洋戦争開戦時には重巡洋艦「妙高」、「那智」、「羽黒」からなる第五戦隊の司令官として南方攻略作戦に参加。1942年(昭和17年)2月、スラバヤ沖海戦における日本側艦隊指揮官。海戦には勝利したが消極的な遠距離戦に固執したことから批判を受ける。同年5月、海軍中将へ昇任。5月7日、史上初の航空母艦同士の海戦である珊瑚海海戦において第四艦隊司令長官井上成美中将のもと、第五戦隊、原忠一少将率いる第五航空戦隊などからなる機動部隊を指揮した。高木中将は味方戦力の消耗激しく第2次攻撃の命令を独断で黙殺した。当時、内地にあって戦闘経過を見守っていた連合艦隊司令部では「コノ際極力敵ノ殲滅ニ努ムベシ」と叱咤した。アメリカの戦史家ジョン・トーランドは珊瑚海海戦のとき、高木提督が空母同士の交戦を一時中止して北上し、索敵機を飛ばす海域を絞り込んで、翌日再攻撃に移った戦術を「日本海軍には珍しく合理主義的な提督だ」と評している。同年6月、ミッドウェー海戦参加。8月、ソロモン方面進出、10月15日、ガダルカナル島・ヘンダーソン基地砲撃。さらに南太平洋海戦にも参加した。1942年(昭和17年)11月、台湾・澎湖諸島にあった馬公警備府司令長官に親補された。1943年（昭和18年）4月、高雄警備府司令長官。1943年（昭和18年）6月、潜水艦が主体の第六艦隊司令長官に親補され、翌1944年（昭和19年）6月6日、サイパン島に進出、マリアナ沖海戦に挑む。潜水艦部隊の指揮には通信能力が高い旗艦があれば事足り、就任時には旗艦として特設潜水母艦「筑紫丸」が就役して呉に常駐していたが、高木は伝統的な指揮官先頭の精神を重視したため、先任参謀堀之内美義大佐、航海参謀鈴木真人少佐、通信参謀竹内義正少佐、副官など少数の幕僚と共にサイパンに進出し、参謀長以下の幕僚を「筑紫丸」に残留させた。潜水艦を利用した作戦では犠牲も多く敵戦闘艦攻撃や輸送作戦に戦力を投入する事となった。サイパン島防衛戦の直前まで、大本営は南雲忠一中部太平洋方面艦隊長官をはじめサイパンに残留する艦隊・戦隊司令部要員を潜水艦によって救出する作戦を実行させたが、効果が出せず返り討ちになるばかりであった。潜水艦の消耗が続出したため、高木自ら大本営の好意に感謝しつつも、救出作戦の中止命令を発した。1944年（昭和19年）7月6日、サイパン島の戦いで戦死した。52歳没。死亡に関しては諸説あるが最期の直前までいた兵士の証言により「サイパン島にて切腹した後、将たるもの敵に屍を晒す事は恥として手榴弾を抱え爆死した」との説が最も信憑性が高い。同年7月8日、海軍大将に昇進。スラバヤ沖海戦の際、乗艦を沈められて漂流していた米兵多数に対し、救助命令を出し大勢の米兵を救助した事から、米国スミソニアン博物館にて功績を紹介されている日本人唯一の提督でもある。