高行周，字尚質，幽州人。出生於媯州懷戎軍的雕窠裡。曾祖父高順厲，一生在懷戎軍任職。父親高思繼，有兄弟三人，都英勇豪健有武略，名聲傳遍朔方。後唐武皇平定幽州時，上表推薦劉仁恭做統帥，又留下軍隊來戍守幽州。以高思繼的哥哥擔任先鋒都將、媯州刺史，高思繼提任中軍總將、順州刺史，高思繼的弟弟擔任後軍都將，兄弟分別掌領燕地軍隊。部下士卒，都是山北的豪傑，劉仁恭非常畏懼他們。後唐武皇準備南歸以前，私下對劉仁恭說：「高先鋒兄弟三人，勢力覆蓋州府，將成為燕地後患的，一定是這一家人，你要善於謀劃。」過了一段時間，來自太原的戍守部隊放肆橫行，高思繼兄弟們以軍法制裁他們，殺死很多人。武皇大怒，責備劉仁恭，劉仁恭就狀告高氏兄弟，於是高氏三兄弟全被殺害。劉仁恭又以高思繼哥哥的兒子高行圭做牙將，高氏兄弟的兒子都收在帳營中做事，優厚地對待他們以安定他們的心。這時高行周才十多歲，也擔任一職，在劉仁恭身邊做事。
到後唐莊宗收復燕地，將高行周隸歸於明宗帳下，經常與後唐末帝分別率領牙兵。明宗征伐燕地時，高行周領兵隨行。同鄉人趙德鈞對明宗說「：高行周內心很是謹慎忠厚，必將享有高貴的地位。」後梁大將劉尋佔據莘地時，與太原部隊對陣，一天到晚接戰。曾有一天，兩軍列成戰陣，元行欽被敵軍追擊，一劍砍中了他的臉，而血戰仍未停止，高行周帶著手下精銳騎兵突進敵人陣營而解了圍，元行欽得以逃脫。莊宗這才信任高行周，召來行周撫愛慰問，獎賞功勞，想招收行周到自己帳下，又考慮自己已經從明宗帳下奪過了元行欽，再要奪過高行周，恐怕將傷了明宗的感情，就暗地裡叫人以利祿誘招他。高行周推辭說「：總管用人，也是為了國家，服事總管就像服事王一樣。我家兄弟們，脫離災難再獲生命，是蒙受了總管的厚恩，能忍心背離他嗎？」到兩軍駐紮在黃河岸邊時，偵知後梁軍隊從汴州進了楊村寨，明宗清晨到斗門，佈置埋伏下的兵將截擊梁軍，而寡不敵眾，反被梁軍佔了上風。這時刀光劍影，形勢非常危急。高行周聽到後，出動騎兵橫衝攻擊梁軍，才使明宗伏兵解了圍。明宗襲擊鄆州時，高行周當先鋒。恰逢夜晚下暴雨，士兵都不願前進，高行周說：「這是上天幫助，他們一定沒有準備。」當夜，渡過黃河攻進鄆州東城，到天亮時就平定了鄆州城。
莊宗平定黃河以南，高行周接連遷升到檢校太保，兼任端州刺史。後唐同光末年，出任鎮守絳州。後唐明宗即皇帝位，特別對高行周委以重任和厚待他。天成年間，跟從王晏球包圍定州，擊敗王都，擒獲禿餒，都立下戰功。賊寇平定後，調任穎州團練使。長興初年(930)，因為北部與契丹相鄰接，高行周被委用做振武軍節度使。第二年，因為黃河西部發生戰爭，被調任鎮守延安。清泰初年(934)，改任潞州節度使，晉高祖石敬瑭在太原稱帝，唐末帝命令張敬達征討他，高行周和符彥卿擔任左右排陣使。契丹國主進入中原援助太原晉軍時，高行周和符彥卿領騎兵阻擊他，不久被契丹人打敗，於是高行周和張敬達據守晉安寨，幾個月都不見救兵到來。楊光遠想謀害張敬達，高行周知悉這一陰謀，領著勇壯武士保護敬達。敬達性情憨厚，不知高行周是在暗中保護自己，對別人說「：行周總是跟在我後面，是什麼意思呀？」因此行周不敢再那樣，張敬達就被楊光遠殺害了。
晉高祖進入西京洛陽，命令高行周回到藩鎮，加封同平章事，晉高祖建都汴京，以行周擔任西京留守，不久，調到鄴都。晉高祖駕臨鄴都時，碰上安從進叛亂，就任命高行周為襄州行營都部署。第二年秋天，平定漢南。晉少帝即位，兼任侍中，調任鎮守睢陽。開運初年(944)，跟從少帝到澶淵，在黃河岸邊阻擊敵人。車駕回京後，代替景延廣擔任侍衛親軍都指揮使，調任鄆州節度使。當時李彥韜任侍衛都虞候，事情都由他決定。行周雖然典掌禁兵，常常無所事事，朝拜之後回到家中，門庭冷落，客人朋友來往，也只斟滿酒杯暢飲而已。接著改任歸德軍節度使，以李守貞代掌兵權，讓高行周回到藩鎮。到契丹國主死在欒城，契丹將領蕭翰立許王李從益掌管契丹在南方的軍國事務，李從益冒死派人召請高行周，行周托病推辭，過後對別人說「：衰落的世代難以輔佐，更何況契丹這種兒戲呢！」
漢高祖劉知遠進入汴京後，加封高行周為守太傅，兼中書令，代替李守貞做天平節度使。杜重威佔據鄴都反叛時，漢高祖以高行周任招討使，統兵討伐他。鄴都平定後，被授與鄴都留守，加封守太尉，進臨清王爵位。乾佑年間，入朝拜見皇帝，加封守太師，進封為鄴王，又授與天平軍節度使，改封為齊王。周太祖登上帝位時，加封為尚書令，增加食邑到一萬七千戶。太祖因為行周是年高老將，詔令恩賜不稱行周名字，只稱呼他的王位。慕容彥超佔據兗州反叛時，太祖御駕親征，行周奉侍聖駕，進酒上菜，總是親自慇勤服侍，太祖待他更加優厚。廣順二年(952)秋天，因病在任上去世，享年六十八歲。朝廷加倍贈送喪資，冊封為尚書令，追封為秦王，謚號叫武懿。