早年加入淮軍，參加鎮(zhèn)壓太平軍和捻軍活動(dòng)，累至副將，擢總兵，后隨劉銘傳戍守臺(tái)灣。1884年，抗擊入侵臺(tái)灣法軍，作戰(zhàn)英勇，榮立戰(zhàn)功，后調(diào)駐山東半島。1894年甲午戰(zhàn)爭爆發(fā)，奉檄率嵩武軍增援遼東，在蓋州河南岸迎擊日軍，予敵以重大殺傷。甲午戰(zhàn)爭結(jié)束后，回駐青島。1897年11月，德國軍艦駛抵膠州灣，德軍大舉登岸，發(fā)出通牒，要他撤離青島。他請(qǐng)求一戰(zhàn)，直隸總督王文韶和山東巡撫李秉衡不允，被迫撤離青島，氣憤之下，稱疾去職。

1884年，法軍入侵臺(tái)灣，章高元隨劉銘傳渡海守臺(tái)，“平日認(rèn)真操練，臨敵尤能奮不顧身”。此時(shí)法軍已占領(lǐng)基隆，他基于愛國熱情，誓死請(qǐng)戰(zhàn)，隨即率所部“乘夜蹈入法兵壘，短兵肉搏，鋒利不可當(dāng)，法兵多死”。在滬尾(今淡水)之役中，章高元率部誓死拼戰(zhàn)，獲大捷。戰(zhàn)后論功，升簡署澎湖鎮(zhèn)總兵，賞“換年昌阿巴圖魯”勇號(hào)。奉命開辟臺(tái)灣山區(qū)，“篳路藍(lán)縷，頗奏膚功”。1887年，擢登萊青鎮(zhèn)總兵，。1892年秋率嵩武前營、嵩武中營、廣武前營和廣武中營四營軍隊(duì)駐防膠澳。章高元駐防膠澳后，修筑了膠澳鎮(zhèn)守衙門、兵營、炮臺(tái)、軍火庫、電報(bào)局和前海棧橋碼頭，修通了到膠州的大路，數(shù)年使青島口成為擁有70余家店鋪的港口城鎮(zhèn)和海防要地。

1894年，中日甲午戰(zhàn)爭爆發(fā)，章高元奉旨率嵩武軍八營赴援遼東增援旅順。軍末發(fā)而旅顧已陷，“遂奉旨會(huì)同宋慶赴前敵，守牽馬嶺，屢與日軍戰(zhàn)，殺敵甚多，迭獲勝�！�。1895年1月10日，入侵遼東半島的日本第二軍，為了支援被圍困在海城的第一軍第三師團(tuán)，派第一旅團(tuán)長乃木希典少將由普蘭店北犯蓋平。時(shí)章高元率嵩武軍、廣武軍、福字軍八營與張光前所部親慶軍五營駐守蓋平。聞日軍來犯，章高元自率嵩武軍、廣武軍一部守南門外，抵抗正面進(jìn)攻的敵人；令張光前及嵩武軍分統(tǒng)楊壽山、營官李仁黨守東門外鳳凰山。十日午前五時(shí)半，日軍分左、中、右三路向蓋平進(jìn)犯。由正面進(jìn)攻的中路日軍，在蓋州河南岸遭到章高元嵩武軍的猛烈迎擊。章高元令所部“集中炮火，發(fā)大炮攻之，炮彈如雨”�！镑閼�(zhàn)甚猛，使不得進(jìn)”。左路日軍在蓋平西南的龍王廟子也受到清軍的頑強(qiáng)抵抗，死傷“將校以下十余名”。日軍左、中兩路進(jìn)攻受挫，其右路乃集中力量進(jìn)攻鳳凰山。在激戰(zhàn)中，嵩武軍分統(tǒng)楊壽山、李仁黨不幸中炮陣亡，張光前畏懼，率軍退走。鳳凰山陣地遂被日軍奪占。日軍右路隊(duì)攻占鳳凰山后，立即越過蓋州河，由城墻缺口處攻入城內(nèi)，“繞出章高元軍后，拊背夾攻”；由正面進(jìn)攻的中路日軍在蓋州河南岸大道兩側(cè)，排列八門大飽，向隔岸南門外章高元嵩武軍陣地猛轟，章高元腹背受敵。正在危急之際，由營口方面趕來支援的徐邦道拱衛(wèi)軍三營趕到，并立即向日軍發(fā)起反擊。日軍驚懼，嗦巡不前，清軍乘勢(shì)開槍狙擊，日軍死傷累累。但此時(shí)攻入城內(nèi)的右路日軍已登城向清軍開炮。清軍前后受敵，“各軍站立不住，同時(shí)敗退”，日軍終于攻陷了蓋平。據(jù)日方自己承認(rèn)：此役日軍“死者將校以下三十六名，傷者二百九十八名”，是日軍入侵中國以來死傷較多的一次戰(zhàn)役。

章高元在清軍中素以勇敢著稱每臨陣“率騎馬前往，以率士卒，視彈子如無物”，綽號(hào)“章迂子”。在保衛(wèi)蓋平的戰(zhàn)斗中，表現(xiàn)得十分頑強(qiáng)，“子彈告竭，則以鋒刃突擊”。章高元以愛國大義激勵(lì)將士，所部兵勇均能奮勇直前，雖敗績，其“軍紀(jì)風(fēng)紀(jì)之佳，為各軍冠”，“部下不敢作違法事，雖一桃不值一文，然不私取也”。嵩武軍在他指揮下，戰(zhàn)斗得十分出色，予敵以重大殺傷。

甲午戰(zhàn)爭結(jié)束后，再度回駐膠澳。1897年11月，德國派遠(yuǎn)東艦隊(duì)駛抵膠州灣，十一月二十日，德軍大舉登岸，以“演習(xí)”為名，占領(lǐng)各制高點(diǎn)，用槍炮對(duì)準(zhǔn)總兵衙門及各處炮壘，向章高元發(fā)出通牒，要他率兵撤離青島。章立即拍電給直隸總督王文韶和山東巡撫李秉衡：“究竟如何辦理？望速示遵行”。二十三日，李秉衡回電說：奉電旨，“敵情雖橫，清廷決不動(dòng)兵�！闭赂咴�深知力難抵御，又迫于朝廷不許開戰(zhàn)之命，遂令所部暫行撤至附近的后四方村一帶，后又撤至滄口。后章高元被德軍要挾前往德軍兵營談判，25日，遭德軍扣押。被扣押后，爭論不屈，繼以怒罵， 屢欲投海，均被德軍攔住。12月3日，被放回軍營。17日，奉令完全撤離膠澳，退守?zé)熍_(tái)。青島和膠州灣終于被德國所霸占。高元“屢請(qǐng)一戰(zhàn)，卒未由達(dá)，振躍叱咤，無可發(fā)抒，兩耳由是失聰”，遂稱疾去職。翌年2月被免職。

1900年任天津鎮(zhèn)總兵，隨之轉(zhuǎn)任重慶鎮(zhèn)總兵，后以病辭免，蟄居金陵。1913年于上海病逝。