千葉氏16代当主・千葉兼胤の子として応永26年（1419年）に生まれる。1430年、父の死により家督を継いだ。関東を二分した享徳の乱では当初古河公方・足利成氏を支援したが、成氏が上杉氏討伐を企てると立場を変え上杉方についた。これに反発した叔父・馬加康胤と重臣・原胤房が連合して蜂起し、享徳4年（1455年）、胤直は弟・胤賢とともに志摩城に籠城したが攻め落とされ、嫡子・胤宣の自刃3日後の8月15日、自らも自刃して果てた。

関東を二分する動乱の中で古河公方から上杉方へと立場を転じた政治判断は、一族の存続を図る苦渋の選択だったとみられる。最期まで弟・嫡子とともに戦い抜いた点に、宗家当主としての矜持がうかがえる。

胤直の自刃により鎌倉時代初期の千葉常胤以来続いた千葉氏宗家は断絶し、家督は馬加康胤の系統に移った。享徳の乱は関東における戦国時代の始まりを告げる画期的事件として位置づけられる。