初代藩主・京極高三の長男。寛永13年（1636年）、父の死去により跡を継ぐ。正保4年（1647年）、江戸増上寺の普請や江戸城修築などを務めた。承応3年（1654年）、隣藩である宮津藩主の京極高広と国境などをめぐって争う。高広と高直は伯父と甥でありながら仲が悪かった。藩政においては郷村支配の強化に努めている。
寛文3年（1663年）正月7日、田辺にて32歳で死去した。このとき、家臣が5名ほど殉死している。それだけ高直は家臣を大切にしていたのかもしれないが、殉死の習慣が問題視されて幕府から殉死禁止令が出されたのは、高直の死から4ヵ月後のことであった。跡を長男の高盛が継いだ。
