1920年2月14日，高由禧出生于福建省福清县下和洋村一个农民家里，家里兄弟姐妹很多，高由禧在男孩中排行老四，父亲看他喜欢读书就把他送进了学校。高中毕业时父亲不幸病故，家里实在拿不出钱来供他读书，只好回家当了中学老师。

1940年，高由禧同时被西南联合大学、云南大学、广西大学、重庆中央大学所录取，他选择了去重庆国立中央大学（1949年更名南京大学）读化学系。

1944年，高由禧大学毕业，1945年底由竺可桢、涂长望介绍到中央研究院气象研究所任研究助理员，在赵九章的指导下，开始了他的科学研究生涯。

1948年，发表了论文《东亚自由大气之运行》，这篇论文和竺可桢先生的著名论文《中国的东南季风和降水》开创了中国季风研究的先河。

1954年，他与徐淑英、许孟英编写出版了《海南岛气候》一书，从气候的观点来讨论海南岛的植胶产胶问题，对海南岛的气候情况做了详细的描述和比较，指出了植胶产胶问题所在，提出利用不同地区的小气候扬长避短种胶的建议；

1956年，为了根治黄河和三门峡水库设计需要了解黄河的水情，他就研究黄河流域的降水问题，他与叶笃正、杨鉴初整编出版了《黄河流域的降水》专著和几本黄河流域降水、暴雨图集和资料；在进行黄河流域降水工作的同时，他考虑到东亚、南亚是闻名世界的季风区，季风的强弱、来去的迟早一定会影响这个地区的降水量的变化分布，应该从季风形成、变化规律来做降水的长期预报，因此开展了季风研究并做出了显著成绩。

1958年为改变西北干旱面貌，中国科学院组织高山冰雪利用实验研究，高由禧任融冰化雪队队长来到甘肃，同年9月应甘肃省要求在兰州成立了地球物理研究所兰州地球物理研究室，高由禧任副主任主持工作。

1959年研究室升格为中国科学院地球物理研究所兰州分所，1962年更名为中国科学院兰州地球物理研究所，他任副所长兼室主任，副研究员。这段时间主要从事人工融冰化雪、土炮消雹、干热风方面的研究。

1966年，文化大革命开始，高由禧受到冲击，“文化大革命”后期他恢复了工作，根据需要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，任所长。

1978年，提升为研究员，并加入中国共产党。

1980年当选为中国科学院地学部学部委员（院士），1986年退居二线，任名誉所长、研究员。

1987年，调广州中山大学任教授。仍兼兰州高原大气物理研究所名誉所长、研究员。在这近30年里高由禧的研究方向转向了高原气象学和西北干旱问题，他参与策划并组织领导了中国多项重要科研项目，取得多项国家或中国科学院奖。

1980年，他参与组织了在北京召开的青藏高原科学讨论会，国外气象学家纷纷希望同中国在高原气象研究方面进行协作和交流。1980年高由禧当选为国际大气电学委员会委员，国际云物理委员会委员。高由禧于1982年创办了学术刊物《高原气象》，并在1982-1985年任主编，1996-2001年任顾问。

2001年3月3日于兰州病逝。