美濃国の土岐氏一族の出とされるが、前半生は不詳な点が多い。足利義昭に仕えた後、織田信長に取り立てられ急速に出世した。比叡山焼き討ち（1571年）・長篠の戦い（1575年）など信長の主要作戦に参加し、中国地方の毛利攻略戦に先立つ丹波国の平定（1579年）で高く評価された。信長の右腕として重用され、1582年には四国・九州への外征を控えた信長の重要な腹心のひとりとなっていた。しかし同年6月2日、中国地方への出陣を命じられた光秀は突如反旗を翻し、京都の本能寺に宿泊する信長を急襲した。信長は包囲された本能寺で自刃し、天下統一の夢は幻と消えた。光秀は即座に京都・大坂を掌握しようとしたが、わずか13日後に毛利攻めから引き返した羽柴秀吉に山崎の戦いで敗れた。敗走中の光秀は落ち武者狩りに遭い、小栗栖の竹薮で55歳前後で命を落とした。謀反の真の動機については諸説あり、現代まで謎のまま残っている。

高い教養と行政能力を持ち、連歌・和歌に通じた文人武将の典型。治めた丹波国では善政を敷いて領民の信頼を得た一方、信長の傍では常に緊張を強いられる立場にあったとされる。謀反を起こした背景には、冷遇・侮辱・理念の相違など複合的な要因が絡んでいたと見られている。

本能寺の変は日本史上最大の謀反事件のひとつとして後世に語り継がれ、信長という天才を討ち取った人物として光秀の名は永く刻まれた。謀反の動機をめぐる「本能寺の変論争」は現代まで続く歴史学上の一大テーマであり、大河ドラマや小説でも繰り返し主人公として描かれている。