叶向高，字进卿，福清人。父亲叶朝荣，做过养利知州。刚怀上叶向高那会儿，他母亲逃避倭寇，在道路旁的一个破厕所中把他生了下来。几次差一点死了，幸亏有神明帮助他。考中万历十一年(1583)进士，授职庶吉士，提升为编修。调任南京国子监司业，改任左中允，仍然负责司业的事务。
万历二十六年(1598)征召任命为左庶子，充任皇太子的侍班官。当时盛行征收矿税，叶向高上疏，援引东汉西官府聚积钱财的事例作为借鉴，没有批复。不久提拔为南京礼部右侍郎。很久之后，改任吏部右侍郎。再次陈述矿税的危害，又请求罢免辽东税监高淮，言辞都很恳切。妖书一案兴起，他写信给沈一贯极力规劝。沈一贯不高兴，因为这个原因在南京呆了九年。
后来沈一贯被罢免，沈鲤也离职了，朱赓专权。皇帝命令增加阁臣。万历三十五年(1607)五月提拔叶向高为礼部尚书兼东阁大学士，跟王锡爵、于慎行、李廷机一起接受任命。十一月，叶向高进入朝廷，于慎行已经死了，王锡爵坚决推辞不出来任职。第二年，首辅朱赓也死了，次辅李廷机因为人言而长期闭门不出，于是叶向高就成为唯一的宰相。
那个时候，皇帝在位已有很长时间了，懒于上朝，国家大事无人过问，有些重要的官职都空缺着，士大夫的任命往往又不下达，君臣之间很有隔膜。廷臣们逐渐形成各种帮派，而宦官征税、开矿，极大地危害了民众。皇帝又宠幸郑贵妃，福王不肯回自己的封国。叶向高因为德高望重而成为宰相，忧国忧民，一心为公，每逢主持政事都很尽忠效力。皇帝很看重叶向高，表面上对他态度很好，但他提的意见却不大采用，十条意见只能接受二、三条而已。东宫太子停止讲学有五年了，廷臣多次请求恢复都没回音。万历三十七年(1609)二月，叶向高选择吉日向皇帝请求，皇帝也不答复他。从此之后每年春、秋两季都要诚恳地提出请求，皇帝都不接受。贵妃王氏，是太子的生母，死了四天还不发丧。叶向高提意见，这才发丧。但是礼官呈上礼仪制度后，拖延五天都不举行。
叶向高又向皇帝争取，奏疏才转发下来。福王的府第建成，工部请求皇帝让福王回封国，叶向高拟旨交上去，皇帝不发表圣旨，改在次年春天让福王回封国。等到日期临近，叶向高请求先整顿仪卫、舟车，皇上不予采纳。万历四十一年(1613)春天，廷臣交相上疏请求，皇帝又宣布改在第二年春天。不久，忽然传旨，福王的庄田没有四万顷就不回国，廷臣非常吃惊。叶向高于是进言说：“四万顷庄田，一定满足不了他的愿望，回封国将遥遥无期，皇上的圣旨将要失信于天下了。况且福王的奏疏援引祖宗的制度，而祖宗的制度没有这样的事情。先前只有世宗的时候景王出现过这种情况。景王长期不回封国，皇父在裕邸，危险怀疑不能安定。怎么能够效法他呢？”皇帝回答说：“赏赐庄田自然有现成的例子，况且现在皇太子与各皇子的关系已经确定，还有什么怀疑的？”叶向高于是上疏道歉，说：“皇父的时候，皇太子的名位虽然还没有确立，但是讲读不停止，皇帝父子之间的情意是相通的。现在东宫停止讲学已有八年了，况且长时间不能和皇上见面，而福王一天两次和皇上见面，所以不能没有怀疑，只有坚决遵守明年春天返国的日期，不要拿庄田作为借口，人民的怀疑就会得到澄清。”皇帝回答福王没有一天两次见面的事实。
叶向高有裁决判断能力，善于处理大事。锦衣百户王曰乾是京师的奸人，跟孔学、赵宗舜、赵思圣等人相互攻击告发，刑官还没有来得及审判定罪，王曰乾就进入皇城放炮上疏。刑官大为震惊，将要拟定王曰乾的死罪。王曰乾于是上疏攻击郑贵妃的内侍姜严山跟孔学以及妖邪的王三诏用巫术诅咒皇太后、皇太子死，拥立福王。皇帝感到震惊和愤怒，绕着宫殿走了半天，说：“这种大事变，宰相为什么不说话？”内侍立即跪着呈上叶向高的奏疏。奏疏说：“这事跟往年的妖书有些类似，然而妖书是匿名的，难以查询，现在原告、被告都在，一经审讯就可以得出实情。陛下应当以不变应万变，皇上若稍有惊慌，那么朝廷内外就会大乱。至于他的言词牵连到贵妃、福王，实在是叫人痛恨之极。我跟九卿的意见是一样的，冒昧地向皇上报告。”皇帝读完后叹息说：“我父子兄弟的名誉能够保全了。”第二天，叶向高又说：“王曰乾的奏疏不应该下发。如果发表出去，对上会惊动圣母，对下会惊动太子，贵妃、福王都会感到不安。应该扣留在禁中，而另外传令司法部门，追究各奸人的罪责，并且赶快确定明年春天福王回国的日期，来平息众人的议论，如果这样做，那么天下就会安然无事了。”皇帝完全采纳他的意见，太子、福王得以相安无事。贵妃最终不想让福王回他的封国，说明年冬天太后七十大寿，福王应留在京城庆贺。皇帝命令内阁宣布诏书。叶向高扣留皇上的诏书不宣读，请求今年冬天提前为太后举行寿礼，而让福王如期回封国。皇帝派太监到叶向高的私人住处，一定要他宣布诏书。叶向高说：“外廷纷纷传言皇上想利用贺寿的名义挽留福王，邀请一千多人跪在宫门前请求。现在宣读这道诏书，人心更加怀疑、吃惊，将要相信王曰乾的妖言，朝廷一定不会安宁。圣母听到了，也一定不会快乐的。况且潞王也是圣母的爱子，也居在外地，为什么只对福王那么爱恋呢？”于是归还了皇帝那道诏书。皇帝不得已听从了他，福王这才回到封国。
叶向高曾上疏说：“当今天下酿成危害动乱的根源，大概有几种，但还不包括天灾人祸、寇匪强盗、物怪人妖。朝廷人才匮乏，是第一点。君臣之间闭塞隔膜，是第二点。官员们好胜喜欢争斗，是第三点。多多的贮藏，大量的积累，必有狂悖的事端出现，是第四点。道德风气一天比一天败坏，没有办法挽救，是第五点。假若陛下不奋然振作，选用一些老成持重的大臣，充实朝廷官署，将多年来废弛的政事一举革新的话，我担心国家的危亡，不在于外敌的侵略，而就在于朝廷内部啊。”言词十分痛切。皇帝心知他的忠诚却不能实行它。
当初，叶向高进入内阁。不久，陈奏选用人才、治理财政的计策，极力请求填补空缺的官职，罢免矿税。发现皇帝不能依从他，于是陈奏君臣之间关系紧张的弊病。两次上疏乞求辞职，皇帝不答应。叶向高自从成为唯一的宰相，就请求增加阁臣，皇帝不听。等到吏部尚书孙丕扬因为举荐贤能不被任用而请求离职，叶向高特地上疏请求留用他，皇帝也不答复，叶向高于是称病不出。皇帝多次下诏，于是出来管理事务。不久，又说：“我多次请求辞职，都承皇上恩典挽留。皇帝不应当只关心我一个人的去留，而应当更关心国家的治乱。当今国家到处都是灾荒死亡，畿辅、中原、齐、鲁的流民塞满了道路，加上内外空虚，人才都没有任用。罪责不在别人身上，我怎能不辞职。况且陛下任用我，就应当实行我的建议。现在奏章不下发，大官不补任，选举任免制度得不到实行，我微薄的忠诚不能报答皇上，即使留任又有什么益处。皇上果真能采纳我的意见，而不只是让我徒占虚位，我的生命即使像朝露那样消失得快，我也三生有幸。”皇帝还不觉醒。京师发大水，全国很多地方报告水旱灾害。叶向高又说：“从阁臣到九卿台省，官府衙门都空无其人，南京九卿也只有二人。国家的方面大吏，从去年秋天到现在，还不曾任用一个人。陛下什么事情都不管，国家长此下去，我担心一旦发生变故，将不可收拾啊。”皇帝还是不觉醒。
万历四十年(1612)春天，叶向高以为历代帝王中，在位达四十年以上，从三代以来直到当时只有十人，规劝皇帝大力推行新政。于是又请求皇帝选用人才。皇帝也不答复。叶向高的意图得不到实行，没有一个月不要求辞职的。皇帝每次都降旨勉励挽留他。叶向高又说：“我的去留可以置之不理，但百官一定不能都让位子空着，台谏一定不能都废除了，各方的巡抚一定不能不让人代替。朝廷内外离心，宫城之内怨声载道，祸害无法预测，而陛下一定要与臣属隔绝，幕僚不能尽忠效力，六部的官员不能各负其责，整个国家没有一个可以信任的人，而自以为有神机妙算，我恐怕自古以来圣明的帝王没有用这种方法治理国家的。”
在这之前，叶向高得病了，内阁中没有人，在叶向高家中草拟奏章诏书达一月之久。到了现在，叶向高卧床的时间更长，仍像先前一样在家中拟旨。有人认为这不成体统，叶向高也自以为不妥当，坚决乞求辞职。皇帝最终不任命其他人为宰相，派遣鸿胪官去安慰挽留他。到皇帝万寿节时，才开始出来做事。在这之后，叶向高主持癸丑的会试，奏章都被送到考场上，真是一件奇怪的事情。皇帝考核选拔了科道官员七十多人，任命长时间不下达。叶向高几十次上疏恳切请求。过了两年才下达。言官增多之后，攻击也就纷纷出现。皇上心里讨厌它，奏章全都被扣留而不下发。叶向高请求把他们交给有关部门，确定他们的去留。于是说：“大臣是小臣的纲领。当今六卿只有赵焕一人，而都御史十年没有补充新人，没有人来弹劾监督，人心怎么能安定呢？”皇帝只是责备言官胡说，而大官却一直不去补充，叶向高请求增加阁臣，奏章达一百多份。皇帝才任用了方从哲、吴道南。叶向高上疏称谢，于是请求辞职，皇帝下诏不答应。
万历四十二年(1614)二月，皇太后驾崩。三月，福王回封国。叶向高乞求离职更加频繁，奏章写了十几道。到了八月，皇帝同意他离职。叶向高因为三年考绩，提升为太子太保、文渊阁大学士；记录延绥的战功，加封少保兼太子太保，改任户部尚书，进武英殿；一品官三年期满，加封少傅兼太子太傅，改任吏部尚书，进建极殿。到这时，皇帝下令加封少师兼太子太师，赏赐白金百两，彩帛四件，表里大红坐蟒一件，派遣行人护送他回家。
叶向高当宰相期间，务求调剂各大臣的感情，安抚不同的意见。然而当时党论已十分兴盛，御史郑继芳极力攻击给事中王元翰，拥护他们二人的人分成二派互相争斗。叶向高请求将他们的奏疏下发，下诏令部院评定是非曲直，处罚议论颠倒的一、二人，来警告其他的人，皇帝不理睬。各臣看到这样做并没有什么害处，就更加拉帮结派相互攻击。不久，又争论李三才事件，于是形成了帮派的势力。无锡顾宪成在家闲居，在东林书院讲学，朝臣羡慕他，争相跟他交游。李三才被攻击，顾宪成写信给叶向高和尚书孙丕扬，辩白他的贤能。正好辛亥年京官考察，攻击李三才的刘国缙因为其他过错登记在考核的名册上，乔应甲也因为年例被派往外地，他们的同党大哗。叶向高从大局出发，主持这件事，考核官吏的大典得以没有扰乱。而两个派系的争斗由此愈演愈烈。到后来，齐、楚、浙三大派系不遗余力地攻击东林党。逐渐到了天启年间，王绍徽等撰写所谓《东林点将录》，让魏忠贤按姓名驱逐朝臣。因为叶向高曾保护东林党人，被点名为东林党党魁。
叶向高离职六年，光宗即位，特别下诏召回他。不久，熹宗即位，又下诏催促他回京。叶向高多次推辞，都没有获准。天启元年(1621)十月回到朝廷，再次成为首辅。说：“我服务皇帝祖父八年，奏章都由我草拟。即使是皇上想实行它，也派遣中使宣布。如有不同意的事情，我都极力争取，皇上的祖父也多半能听从，不想让宫中拟旨。陛下虚怀若谷，谦逊有礼，信任首辅，然而，偶尔也有因流传而滋生的疑义。应当慎重地对待诏书，所有的事情都命令我等草拟上报。”皇帝高兴地答应了。不久皇帝采纳叶向高的请求，发放国库银二百万两，作为东西方战争的急需。
熹宗执政之初，满朝廷臣都是贤能英才，全国人民都高兴地希望国家得到治理。然而皇帝本来就很年轻，不能够辨别忠臣和奸臣。魏忠贤、客氏逐渐窃取了国家大权，阴谋杀害太监王安，逐渐赶走了吏部尚书周嘉谟和言官倪思辉等人。大学士刘一火景也极力请求离职。叶向高说：“客氏出宫又进宫，而顾命大臣刘一火景还赶不上一个保姆，致使大臣们在深不可测之地无法揣摩，这样的倾向应当防止。”魏忠贤看到叶向高的奏疏指责自己，十分怀恨叶向高。不久刑部尚书王纪被剥夺官籍，礼部尚书孙慎行、都御史邹元标先后被攻击离职。叶向高争论没有结果，于是请求跟邹元标一起罢免。皇帝不接受，魏忠贤更加怀恨叶向高了。
叶向高为人光明磊落，品性端正有抱负，喜欢扶持培养好人。第二次当宰相，事奉年幼的皇上，不能像神宗时忠诚直谏，但还是有多次纠正。给事中章允儒请求减少上供的袍服。太监激皇帝发怒，命令廷杖章允儒。叶向高两次上疏营救，于是剥夺章允儒俸禄一年。御史率众指责宫廷事务，太监请求皇帝把他派往外地，因为叶向高的营救而得以幸免。给事中傅魁营救王纪，皇上将要把他贬职流放，也因为叶向高替他说话，只是剥夺了他的俸禄。王纪被罢免后，御史吴牲、王祚昌举荐他，部议用原官职召回他。魏忠贤很不高兴，准备重罚文选郎，叶向高也营救，使他得以幸免。给事中陈良训上疏指责有权势的太监，魏忠贤摘取奏疏中“国家命运将要终结”的话，命令将他下狱，穷追教唆之人。叶向高以辞职相争，于是只剥夺陈良训的俸禄而已。熊廷弼、王化贞获罪当死。言官劝皇帝尽快处决他们。叶向高请求等司法部门复核之后再决定。皇帝同意了。有人请求将全国各省、府、州、县的仓库储蓄全都搜刮运到京师，叶向高说：“省城的库藏都已穷尽了，封王的仓库里还稍有富余。倘若全都搜刮尽了，突然出现像山东白莲教叛乱一类的事变，拿什么去对付呢？”皇帝都不接受。
魏忠贤既然已经怀恨叶向高，而当时朝臣跟魏忠贤对抗的都依靠叶向高，魏忠贤于是总是故意拿一些小事，责备叶向高，使他为难。叶向高多次要求辞职。天启四年(1624)四月，给事中傅魁弹劾左光斗、魏大中勾结汪文言，利用职权接受贿赂，皇帝下诏命令将汪文言下狱。叶向高说：“汪文言在内阁办事，实际是我提名的。左光斗等人勾结汪文言的事情不明不白，我任用汪文言却是清楚的。乞求陛下只处罚我一人，而宽免其他人，来消除官员们的灾祸。”于是叶向高极力要求尽快罢免自己。在当时，魏忠贤想独揽大权，害怕那些在朝的正人君子，等候时机下手。得到傅魁的奏疏十分高兴，想借此罗织东林党人的罪名，最终忌惮叶向高等旧臣，连同左光斗等人都没有定罪，只处罚汪文言一人。然而东林党的灾难从此开始了。
到了六月，杨涟上疏弹劾魏忠贤的二十四大罪状。叶向高认为事情到了决裂的份上，是极不应该的。廷臣先后上疏数十次，有人劝叶向高颁布这事，可以击败魏忠贤。叶向高考虑到魏忠贤并不能轻易除掉，阁臣从中斡旋，还有希望不至酿成大祸。于是上疏称颂魏忠贤勤劳，朝廷太宠爱他，盛名之下难免招致非议，应该解除他的权力，让他回老家，保全他的始终。魏忠贤不高兴，假传圣旨为自己表功，累计一百多字。叶向高吃惊地说：“这不是太监所能够干的，一定是有人代替他起草的。”侦察后得知，此人就是徐大化。魏忠贤虽然气愤，但因为外廷势力还很强大，并不敢加害叶向高。他的党徒中有人劝导他制造大案，魏忠贤这才下定决心。在这之后，工部郎中万火景因弹劾魏忠贤而遭受廷杖刑罚，叶向高极力营救，无效，万火景死于棍下。不久，御史林汝翥也因为冒犯太监而遭廷杖。林汝翥很害怕，投奔遵化巡抚驻所。有人说林汝翥是叶向高的外甥，众太监包围叶向高的住宅大声喧闹。叶向高认为自己对国家的时事已无能为力，乞求离职已达二十多次，到这时请求离职更加坚决。皇帝于是命令加封叶向高为太傅，派行人护送他回家，赏赐给他的财物比按常法赐予的还要多。不久皇上听任他辞去太傅，有关单位每月给他五石米，八个轿夫。
叶向高被罢免后，韩火广、朱国祯相继成为首辅，没多久都被罢免了。占据要职的都是些小人，清高的士大夫们无所倚靠。魏忠贤首先诬陷杀死了杨涟，然后是左光斗等人一个一个地被杀害、侮辱，贬除朝廷中的异己分子，好人都被赶走了。熹宗去世，叶向高也在当月去世，终年六十九岁。崇祯初年，追赠为太师，谥号文忠。