他出生在福建省福清县下和洋村的一个农民家庭中，家里有很多兄弟姐妹，他是四个兄弟中的老大。父亲看他喜欢读书，就把他送进了学校。他高中毕业后，父亲不幸去世，家里没有钱供他继续读书，所以他只能回家当中学老师。
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，最终选择了去重庆国立中央大学（后来更名为学）读化学系。在那里，他遇到了他的导师赵九章，并开始了他的科学研究生涯。
1948年，他发表了一篇论文《东亚自由大气之运行》，这篇论文与竺可桢先生的著名论文《中国的东南季风和降水》一起开创了中国季风研究的先河。1954年，他与徐淑英、许孟英合作出版了一本关于海南岛气候的书籍，从气候角度分析海南岛植胶产胶的问题，并提出了利用不同地区的小气候扬长避短种胶的建议。
随后的几年里，他参与了黄河流域降水问题的研究，并与叶笃正、杨鉴初合作出版了一系列关于黄河流域降水的专著和图集。他还开展了季风研究，在全球月平均温、压、湿、风场变化的大规模调查中得出了重要结论。
1966年的文化大革命期间，他受到冲击，但在恢复工作之后继续致力于人工融冰化雪等领域的研究。在1974年，他帮助建立了兰州高原大气物理研究所，并担任所长。在1980年代初期，他转向高原气象学和西北干旱问题进行深入研究，并取得了一系列国家或中国科学院奖项。
作为一名杰出的科学家，高由禧在季风、大气电学以及青藏高原气象方面都有着重要贡献。他提出除海陆季风外，还存在全球性的其他类型季风，如行星环流季風等。在青藏高原及邻近地区，大氣运动強度與能量輸送關係上的調查也為天氣預報提供了新的見解。此外，由於其對人才培养和团队建设方面做出的巨大努力，被誉为“大気科学部分”总学术带头人之一。