生于水户，是学者藤田幽谷之子。父亲是编纂水户藩史书《大日本史》的彰考馆学者，大力倡导尊王思想。东湖自幼在父亲的私塾学习，深深继承了其思想。
英国捕鲸船员在水户藩大津滨登陆。据传父亲幽谷极为愤怒，命东湖去讨伐外国人，但船员已被遣返而未能实行。这一事件加强了东湖的攘夷思想。
父亲幽谷去世，东湖继承家督。他一边在彰考馆工作，一边继承父亲的教诲，同时参与学问和藩政，年纪轻轻便成为水户学问的核心人物之一。
在水户藩主继承人之争中，东湖等人四处奔走推举藩主之弟齐昭，齐昭遂成为藩主。此后东湖作为齐昭最信任的家臣，深度参与藩政改革。
齐昭筹建藩校弘道馆时，东湖拟定了记述其教育理念的《弘道馆记》文稿。此文阐述文武兼修和忧国之心，作为体现水户学思想的文章广为人知。
水户藩藩校弘道馆开馆，这是一所可学习学问、武艺乃至医学的大型学校。东湖作为齐昭改革的核心，也参与了检地和加强军备等工作。水户藩的改革受到全国瞩目。
齐昭的急进改革受到幕府责罚，被迫退位并被命令谨慎。东湖也被解职，被关在宅邸中。在艰难的日子里，东湖持续执笔写下自己的思考。
幽禁期间，他写下了《弘道馆记述义》《回天诗史》以及汉诗《正气歌》等。这些饱含忧国热情的作品后来被幕末年轻志士广泛阅读，影响深远。
佩里来航后，齐昭被任命为幕府海防参与，东湖也在江户协助其工作。在如何应对外国成为国家重大问题之际，水户的思想吸引了全国武士的关注。
各地年轻武士纷纷到江户拜访东湖。萨摩的西乡隆盛和越前的桥本左内也曾与他会面，据说深为其人品与思想所吸引。东湖成为幕末志士心中如师长般的存在。
大地震袭击江户，小石川的水户藩邸倒塌。据传东湖一度逃到屋外，但为救母亲返回屋内，用身体护住母亲免遭落梁砸中而去世，享年49岁。齐昭深感悲痛。
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内容基于教科书和传记中可以确认的史实，不确定之处会注明。