他出生于守卫大坂城的同心，即下级武士之家。家里俸禄微薄，但他从小就对计算和数字之学"算学"怀有浓厚兴趣。这份好奇心后来引导至时成为日本第一流的天文学家。
他继承父亲成为大坂的同心。他一边履行职责，一边利用空闲时间继续学习数学。据说他从微薄的俸禄中省钱买书，常常计算到深夜。边工作边学习的日子从此持续了很久。
他与同为同心之家的女儿志勉结婚。第二年长子景保出生，两年后次子景佑出生。志勉精打细算持家，为丈夫筹措观测仪器的费用，一直支持着清贫丈夫的研究。她贤惠的事迹流传至今。
为学习历学，他拜大坂著名天文学家麻田刚立为师。在这里，他结识了同一时期入门的间重富，二人成为终生挚友。据说他热心到家被大火烧毁的第二天，还在废墟上与刚立和重富讨论历法。
这一时期，他钻研重富得到的中国书籍《历象考成后编》。书中记载了开普勒关于太阳和月亮沿椭圆而非圆形轨道运行的学说。这对当时的日本人来说是很难的理论，但至时与同伴们一起读通了它。
他的实力得到幕府认可，与重富一起被召到江户修订历法，并被任命为天文方。这对下级武士来说是破格的晋升。但同一年，长年支持他的妻子志勉以29岁去世。至时此后再未续娶。
来到江户几个月后，比他年长19岁的伊能忠敬前来请求拜师。至时向忠敬传授天文学和历学，并称每天热心观测星象的忠敬为"推步先生"。这是一段年轻老师与年长弟子之间罕见师徒关系的开始。
他在京都反复观测，完成了总结新历编制方法的《历法新书》。他必须与负责朝廷历法的土御门家及其他天文方协调意见，吃了不少苦头。尽管身体欠佳，他还是完成了改历这项大事业。
以至时和重富为中心编制的新历作为"宽政历"开始使用。它吸收了西洋天文学的观念，比以往的历法更加精确。这一功绩使至时声望日隆，也更受幕府信任。
为了解地球大小而求出纬度1度的准确长度，这也是至时的心愿。至时向忠敬建议"需要测量从江户到虾夷地那样的距离"，并为取得幕府许可而尽心尽力。这成为忠敬测量日本全国的开端。
他得到法国天文学家拉朗德天文著作的荷兰语译本，抱病刻苦研读。他惊叹于其内容远超以往的知识，留下了总结其要点的研究。据说他的学习简直是在耗费生命。
他的痼疾结核病恶化，在江户去世，当时正值壮年。长子景保继承父业成为天文方，在忠敬去世后完成了日本地图。次子景佑也作为天文方主导了下一次改历。忠敬遵照遗言，被安葬在老师至时的墓旁。
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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。