楠木正成の三男楠木正儀の子として出生、幼名・通称は二郎（『全休庵楠系図』、『群書類従』所収『橘氏系図』）。南朝に仕える。官職は河内介（『全休庵楠系図』）。
元中9年/明徳3年（1392年）春、畠山基国が率いる室町幕府軍によって本拠千早城が落とされる。
同年、残党と共に斬首される（『全休庵楠系図』）。
『桜雲記』下巻によれば、千早城陥落から南北朝合一（明徳の和約）の間までの話として、正元は密計して京に入り、将軍足利義満を暗殺しようとしたが、実行の前に事が露見して処刑された。時の人々は、正成・正行の忠志に違わない人だと正元を称賛したという。
大正4年（1915年）11月大嘗会において、従四位を追贈された[5]。
