1885年、福岡県山門郡沖端村（現・福岡県柳川市）に酒造業を営む豪商・北原長太郎の長男として生まれた。本名・北原隆吉。柳川は町中に水路が巡る「水郷」として知られ、白秋の詩歌の原風景となった。県立伝習館中学校時代に文学に熱中し、1904年早稲田大学英文科予科入学のため上京。1906年与謝野鉄幹の新詩社に参加し、雑誌『明星』に詩を発表。1908年、木下杢太郎・吉井勇・石井柏亭らと「パンの会」を結成し新ロマン主義文学運動を展開、1909年処女詩集『邪宗門』、1911年第二詩集『思ひ出』を刊行し詩壇に確固たる地位を築いた。1912年、人妻松下俊子との不倫が発覚して姦通罪で告訴され入獄（後に和解で釈放）、1913年俊子と結婚するも1914年離婚。1916年小笠原諸島・三浦三崎・小田原と転居しながら創作に専念。1918年、鈴木三重吉主宰の児童文芸誌『赤い鳥』に詩を寄せ、童謡作家としての道を歩み始める。「からたちの花」「この道」「待ちぼうけ」「ペチカ」「あめふり」「砂山」「揺籃のうた」など、山田耕筰・成田為三・中山晋平らの作曲で歌い継がれる傑作童謡を多数生み出した。短歌においても1913年『桐の花』、1942年『黒檜』など独自の歌境を切り開いた。1937年に糖尿病による腎臓障害から眼疾を発症、1939年ほぼ失明。1942年11月2日、東京阿佐ヶ谷の自宅で57歳で没。