起家禁旅
高骈为唐宪宗时期名将、南平郡王高崇文之孙。祖籍渤海蓚县（今河北景县），先世乃山东（太行山以东）汉族名门渤海高氏。家族世代为禁军将领。
高骈年少时为人严谨，研习兵书。他又喜好文学，常与士人交往，谈论治道之理。为左右神策军宦官所器重。最初在朱叔明（曾任右武卫大将军）属下担任司马，后累官为神策军都虞候。
西讨南征
唐懿宗初年，党项族叛乱，高骈率领一万禁军戍守长武城（今陕西长武县）。当时，诸将均未有功，惟独高骈多次发动奇袭，杀获甚多。懿宗十分赞赏他。后吐蕃犯边，懿宗就命他镇守秦州，即委任他为秦州刺史兼防御使。高骈诱降吐蕃将领尚延心及浑末部一万多的帐落，收复了河州、渭州。随后又出兵平定了凤林关。
咸通五年（864年）七月，经宰相夏侯孜推荐，懿宗任命时为骁卫将军的高骈为安南都护、经略招讨使。
咸通六年（865年），高骈率军破峰州蛮。次年，进兵收复交趾，进检校刑部尚书，以都护府为静海军，授高骈为节度使。曾整治安南至广州江道，沟通交广物资运输。后入为右金吾大将军，除天平军（今山东东平北）节度使。
力拒群蛮
唐僖宗即位后，加高骈为同中书门下平章事。
乾符二年（875年），迁剑南西川节度使，进检校司徒，封燕国公。在任上刑罚严酷，滥杀无辜，但有干才，他筑成都府砖城，加强防御。又在境上驻扎重兵，迫南诏修好，几年内蜀地较安。
大破黄巢
乾符五年（878年），徙荆南（今湖北江陵）节度使。当时，王仙芝、黄巢起义军转战江南，朝廷任高骈为镇海军（今江苏镇江）节度使、诸道兵马都统、江淮盐铁转运使。次年，又迁淮南（今江苏扬州北）节度副大使知节度事，仍充都统、盐铁使以镇压起义军和主管江淮财赋。后进检校太尉、东面都统、京西京北神策军诸道兵马等使，封渤海郡王。
自取灭亡
乾符六年（879年）黄巢军队沿长江南岸西进，朝廷任高骈为镇海军（今江苏镇江）节度使，高骈遣将领张璘、梁缵阻击，黄巢转由浙江南进广州。广明元年（880年）黄巢北上，五月在信州（今江西上饶）击毙张璘。七月，飞渡长江。
高骈慑于黄巢威势，又与中宦田令孜有怨，故坐守扬州，拥兵十余万，保存实力。黄巢军入长安时，唐僖宗急调高骈勤王，他不服朝廷节制，割据一方。唐朝之亡，和高骈有很大关系。
中和二年（882年）正月，僖宗以王铎兼中书令，充诸道行营都统，高骈有诗才，听到王铎加封都统，颇不以为然，写诗《闻河中王铎加都统》讽之：“炼汞烧铅四十年，至今犹在药炉前；不知子晋缘何事，只学吹箫便得仙。”同年，朝廷罢免高骈诸道兵马都统﹑盐铁转运使等职。
高骈晚年昏庸，信神仙之术，重用术士吕用之、张守一等人，付以军政大权。吕用之专断独行，动辄谮毁诸将﹐乃使上下离心，淮南将领毕师铎恐惧，中和五年（885年）遂反，高骈召宣州观察使秦彦助战。
光启三年（887年），毕师铎出屯高邮，联合诸将攻扬州，高骈派人向杨行密求救，未至，城陷，高骈被囚，不久被秦彦、毕师铎所杀。杨行密闻讯后，命令全军将士为高骈穿孝，大恸三日，后发兵杀秦、毕二人。罗隐曾写诗讽刺高骈好神仙之术。