1563年生于京都，足利义辉的幕臣细川藤孝的长子。幼名熊千代，仕于织田信忠，娶明智光秀三女玉子为正室。1582年，拒绝向发动本能寺之变的明智光秀靠拢，同时将玉子幽禁。后来攻灭一色满信，平定丹后。
向丰臣秀吉称臣，在九州平定战、小田原征伐战、征伐朝鲜之役中表现出色。关原之战时加入东军，妻子玉子不愿成为西军人质而命家臣刺死自己。战后建造小仓城，成为四十万石藩主。1620年隐居，号三斋宗立。晚年迁居熊本，1645年病逝于八代城。
细川忠兴是室町将军家幕臣细川藤孝的长子，由于足利义昭和织田信长对立，与父亲一同投效织田信长。仕于信长的长子信忠，忠兴之名就是获得信忠赐予“忠”字而来。十五岁初阵，后来和父亲、明智光秀攻灭丹后守护一色义道，父子俩均立下战功。
经由织田信长作媒，和明智光秀三女玉子（后名伽罗奢）结婚。细川忠兴对有战国第一美女美誉的妻子很是溺爱。一五八二年本能寺之变爆发，岳父明智光秀要求加入己方阵营，细川父子拒绝并将玉子幽禁两年，对光秀的灭亡起到了推动作用。之所以不离婚，大概是因为仍深爱着玉子。而后消灭一色氏平定丹后，向秀吉称臣。在九州平定战、小田原征伐战、征伐朝鲜之役中先后立功。
丰臣秀吉死后，作为武功派大名与石田三成等人对立。关原之战时，身为受丰臣恩惠的大名，很早就表明加入东军的立场。但留在京都的妻子玉子不愿成为三成的人质，命家臣持长枪刺死自己（也有说因为无法逃脱而命家臣刺死自己）。其他同样被要求做人质的大名，成功让妻子逃出，这对深爱妻子的细川忠兴而言是很大的打击。另有一种说法，细川忠兴命令妻子说：“如果被抓取做人质便自尽。”比起玷污家名，他更担心妻子一旦被抓会受到凌辱。
当时，长子细川忠隆的妻子倒是平安逃出。细川忠兴得知后非常愤怒，要求忠隆跟妻子离婚，忠隆拒绝而遭废嫡。忠兴这样做不是气媳妇抛下婆婆独自逃走，而是媳妇是前田利家的女儿，叫儿子休妻显然是想讨好德川家，只是做过头了。
关原之战细川家的激战非常惊人，不只敌方，连细川家的军队也吓得发颤。细川忠兴和黑田长政攻击石田三成的本队，斩获一百三十六颗首级。他在战场上疯狂挥舞着武器杀敌，让愤怒尽情宣泄，想借此忘掉失去爱妻之苦。战后把家督之位让给三子细川忠利而隐居。出家后号称三斋宗立，擅长茶道，一六四五年以八十三高龄过世。
虽然活得长寿，但细川忠兴身体绝非健康。偏头痛、眼疾、内脏等疾病一直困扰着他。因此比其他人更注重健康。尤其在饮食上格外注意，曾叮嘱有偏食倾向的三子忠利说：“只吃一种食物吃很多，会伤害身体。等到生了病就后悔莫及。”要三子严加留意。还曾留下详细指示烤鲶鱼的书信，似乎对各种饮食都颇有研究。
细川忠兴与德川家康交好，这两人对于养生都有自己的心得。忠兴听家康说人参酒有益健康，就自己来做，经常饮用。将药用人参浸泡在酒里的人参酒，有极佳的滋补强壮作用，自古即是广受欢迎的酒类。此外，还研究中医，亲自调制内服药和创伤药来使用。
爱写信这点和毛利元就相似，只不过忠兴已到疯狂的地步，留下超过两千封的书信。信中也没有太过实质的东西，基本都是牢骚埋怨和说他人闲话，似乎通过这种方式宣泄心中的忧愤。晚年遭遇失明危机，最终对眼睛动了手术，活到八十三岁高寿去世。
能够以这种年龄去世，基本和养生有关。不过，自己喜爱的儿子细川忠利患病先走一步，对于溺爱这个儿子的忠兴而言是一个打击。此外，据说为人善妒，因为家中的园丁瞧着自己的妻子入迷，便一刀把他杀死。也有说，之所以会热中艺术，也是因为嫉妒有极高文化修养的父亲。不过上了年纪后，脾气收敛很多，变得温和稳重。
不管年轻时如何，作为战国大名，也算得上是少有得善终的武将，在重要的关头也能站在胜利者的一边，将细川家传下，并以八十三岁的高龄离世，殊为难得！
