他出生在福建省福清县下和洋村的一个农民家庭中，排行老四。父亲识别到他的爱好阅读，便将他送进了学校。在高中毕业后，他的父亲不幸去世，家境贫困，无力继续供养他学习，只能让他回家担任中学教师。
1940年，他同时被西南联合大学、云南大学、广西大学、重庆中央大学录取，最终选择了重庆国立中央大学（今学部）读化学系。1944年，他毕业，并于1945年底加入中央研究院气象研究所，在赵九章教授的指导下开始了他的科学研究生涯。
随后，他发表了一篇名为《东亚自由大气之运行》的论文，这项工作与竺可桢先生的著作《中国的东南季风和降水》并称，是中国季风研究领域开创性的工作之一。此外，他还参与编写出版了《海南岛气候》一书，该书对海南岛植胶产胶问题进行了深入分析，并提出利用不同地区的小气候扬长避短种胶的建议。
1956年，为解决黄河流域水情问题，高由禧开展了一系列关于黄河流域降水的问题研究，并与叶笃正、杨鉴初合作出版了专著《黄河流域的降水》，以及相关图集和资料。他还展开了季风研究，对东亚及印度次大陆等地区季风强弱及分布进行了解析。
1958年，为改善西北干旱面貌，中国科学院组织高山冰雪利用实验研究项目，高由禧作为融冰化雪队队长前往甘肃，并在兰州成立地球物理研究所兰州地球物理研究室。他在此期间主持过多项重要科研项目，并取得了一系列国家或中国科学院奖项。
1980年代，他转向高原气象学和西北干旱问题方面的研究，并创办了学术刊物《高原气象》，并曾任主编。2001年3月3日，在兰州病逝。
他的主要成就包括提出了除海陆季风外，还有全球性的其他类型季风，以及青藏高原是全球大气变化敏感区等观点。这些建议对天气预报具有重要意义。此外，他还是一个杰出的教育者，在所内培养出多位博士及硕士生，对国内外科学界产生过深远影响。
