1934年名古屋市生まれ。1957年京都大学建築学科を経て、1964年東京大学大学院博士課程修了。東大では丹下健三研究室に所属。在学中に「株式会社黒川紀章建築都市設計事務所」を設立。1960年弱冠26歳で建築の理論運動メタボリズムに参加し、衝撃的に世界にデビュー。その後、機械の時代から生命の時代への変革を一貫して主張。共生、新陳代謝（メタボリズム）、情報、循環（リサイクル）、中間領域、フラクタル（非線形）、生態系（エコロジー）等、45年間提言してきたコンセプトはいずれも「生命の原理」という点で共通している。
主な建築作品は、中銀カプセルタワー、寒河江市庁舎、福岡銀行本店、国立民族学博物館、国立文楽劇場、名古屋市美術館、広島現代美術館、和歌山県立近代美術館・博物館、豊田市スタジアム、ベルリン日独センター（ドイツ、ベルリン）、日中青年交流センター（中国、北京）、メルボルン・セントラル（オーストラリア、メルボルン）、パシフィック・タワー（フランス、パリ）、リパブリック・プラザ（シンガポール）、クアラルンプール新国際空港（マレーシア）、ヴァン・ゴッホ美術館新館（アムステルダム）他多数。
1997年パリのポンピドーセンターにて「黒川紀章展」開催（約50点の作品が永久コレクションに入る）、2007年国立新美術館にて「黒川紀章展」開催。