他出生在福建省福清县下和洋村的一个农民家庭，兄弟姐妹众多，在家中排行老四。父亲看中他对学习的热情，就把他送进了学校。他在高中毕业后，父亲不幸去世，家境贫困，没有条件供他深造，只能回家当了一名中学老师。
1940年，他被西南联合大学、云南大学、广西大学、重庆中央大学等多所高校录取，最终选择进入重庆国立中央大学（今华中科技大学）读书。在那里，他师从竺可桢和涂长望，对气象学产生了浓厚的兴趣。
1944年，他毕业于化学系，并于次年的冬季开始在中央研究院气象研究所担任研究助理。在赵九章教授的指导下，他踏上了科学研究之路。他的第一篇论文《东亚自由大气之运行》发表于1948年，这项工作与竺可桢先生的著作《中国的东南季风和降水》并列，为中国季风研究开辟了新的领域。
1954年，与徐淑英、许孟英合作出版了《海南岛气候》，这本书从气候角度分析了海南岛植胶产胶问题，并提出了利用不同地区的小气候来种胶的建议。随后，他参与编写了关于黄河流域降水的问题，并在1956年出版专著《黄河流域的降水》及相关图集。这段时间里，他也展开了对季风形成和变化规律的大量研究，这些成果为未来进行长期降水预报打下基础。
1958年，为了改善西北地区干旱状况，高由禧受邀成为甘肃融冰化雪队队长，并在兰州成立地球物理研究所兰州分所。他还主持了一系列人工融冰化雪、土炮消雹以及干热风方面的研究项目。
1966年的“文化大革命”期间，高由禧遭受冲击，但之后恢复工作。在1974年，他帮助组建并成为兰州高原大气物理研究所所长。此后几十年的时间里，其主要方向转向高原气象学和西北干旃问题研讨。他参与策划并领导过多项国家级科研项目，并获得多个国家或中国科学院奖励。
1980年代初期，由于国际友好交流活动增加，高由禧曾应邀访问日本及其他国家，还有着积极参与国际组织，如当选为国际大气电学委员会委员等职务。此外，在这个时期内，《青藏高原地理与环境》、《青藏高原环境保护与经济发展》的编辑工作也是其重要贡献之一，其中包含许多关于青藏高原自然环境特征及其人类活动影响关系方面的心得体会。这份作品不仅是对自然科学知识的一次系统总结，也是一种对于如何平衡人类活动与自然环境保护之间关系性的思考探索。
2001年3月3日，在兰州市病逝前夕，被誉为“现代中国天文学界最伟大的天文学家之一”。他的遗作包括大量论文及著作，如顾震潮、高由禧合著《台风研究》（1953）、徐淑英、高由禧等合著《海南岛氣候》（1955）、叶笃正杨鉴初、高由禧合著《黃河流域の降雨》（1962）等，以及作为主笔撰写部分一、二章节内容的地理氣候專書——中國自然地理編委會編輯出版於1984年的專書——中國自然地理·氣候（各卷）。
除了这些具体成就外，其社会服务亦颇显重要。如：参加九三学社（自56），加入党团组织（78），曾任各种代表会议议员及协会委员；擔任過國家級科學基金評審委員會成員；並且還有對國際組織貢獻，比如成為國際雲物理委員會委員等職位，並與世界上一些知名學者進行合作交流，使得中國氣象學界更加開放與國際接軌。而這些努力最終為當時乃至未來對氣象問題進行更深入探討提供了一個良好的基礎環境。
