1861年（文久元年）6月13日、出羽国由利郡金浦村（現・秋田県にかほ市）の浄土真宗本願寺派寺院・浄蓮寺の住職・白瀬知道の長男として生まれた。幼名・知教。幼少期、師・佐々木節斎から北極探検の話を聞き、11歳で「酒・茶・火・湯・餅」の五戒を立て生涯の探検家を志した。1879年陸軍教導団に入隊、1881年近衛騎兵連隊付となる。1894年、報効義会の児玉愛三郎らと共に千島列島最北の占守島（シュムシュ島）探検に参加、3年間滞在し北方探検の経験を積んだ。1910年（明治43年）11月29日、南極大陸到達を目指し木造帆船「開南丸」（204トン）で東郷平八郎から命名を受け、品川港から27名の隊員と出航。ウェリントン経由で南極海に進入したが、1年目は南氷洋の流氷に阻まれシドニーに退却。1911年11月再挑戦で南極に到達、1912年1月28日、5人の突進隊と28匹のソリ犬で南緯80度5分・西経156度37分地点に到達し「大和雪原（やまとゆきはら）」と命名、日章旗を掲げた。この時すでにアムンセン隊は極点到達（1911年12月14日）、スコット隊も同地点を目指して行軍中であり、白瀬隊は極点到達ではなく「大和雪原」という独自の到達点を記録した。1912年6月20日帰国、国民的英雄として迎えられたが、探検費用（総額12万円、現在価値で数十億円）の借金が残り、以後生涯にわたる映画・講演活動で全国・樺太・朝鮮・満州・中国・台湾を巡り借金返済。1931年、74歳でようやく完済。1946年9月4日、愛知県西尾町（現・西尾市）で腸閉塞のため85歳で没。