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，家境贫困迫使他回家当中学老师。1940年，他被多所知名大学录取，其中选择了重庆国立中央大学读书，攻读化学系。1944年毕业后，他成为赵九章的指导下研究助理员，并开始了他的科学研究生涯。
随后，他发表了一篇开创性论文《东亚自由大气之运行》，并与竺可桢合作进行季风研究，为中国季风学奠定基础。此外，他还参与编写出版了《海南岛气候》一书，并对黄河流域降水问题进行深入研究。在这期间，他还开展了季风研究，并取得显著成果。
1958年，在高山冰雪利用实验研究中，高由禧任融冰化雪队队长前往甘肃。他同年9月应甘肃省要求成立地球物理研究所兰州分所，并担任副主任兼室主任。随后，这个机构升级为中国科学院兰州地球物理研究所，其工作主要集中于人工融冰化雪、土炮消雹、干热风方面的研究。
文化大革命期间，高由禧受到冲击，但在其恢复工作后的1974年4月，在兰州地球物理研究所的基础上调整组建了兰州高原大气物理研究所，并担任所长。此后，他继续致力于高原气象学和西北干旱问题的研究，不断取得国家或中国科学院奖项。
1980年代初期，高由禧参与策划并组织领导了一系列重要科研项目，并当选为国际大气电学委员会委员及国际云物理委员会委员。他还是《高原气象》的创办者之一，以及该刊物主编（1982-1985）和顾问（1996-2001）。此外，他还是广州中山大学教授，同时仍然是兰州高原大気物理研究所名誉所长和名誉教授。
个人生活方面，高由禧于1982年3月3日去世，但他的贡献至今仍影响着天气预报和全球变暖等领域。他的一生充满了对科学探索的热情以及对人才培养的承诺。这位杰出的科学家的工作不仅改变了我们对自然界理解，还激励着新一代科学家追求知识与真理。