日本導演、劇作傢、戲劇活動傢、小說傢、詩人。生於日本廣島市。1902年入東京帝國大學英文科學習，1903年在《萬年草》雜誌上發表瞭他翻譯的M.梅特林克的作品《群盲》，從此開始參與日本戲劇活動。1904年，他寫出第一部劇本《非戰爭員》。1909年11月，他同市川左團次二世合作創立瞭自由劇場。自由劇場於1909年11月首次實驗演出，劇碼是H.易蔔生的《約翰·蓋勃呂爾·博克曼》，他任導演。此後該劇場陸續上演瞭森鷗外的《生田川》、M.高爾爾基的《夜店》、秋田雨雀的《第一次黎明》、梅特林克的《奇跡》等，均由他導演。
1910年4月，他擔任日本慶應義塾大學文科講師，教授戲劇文學課。1912年5月，任川村花菱創辦的土曜劇場的顧問，導演瞭梅特林克的《群盲》等劇。
1912年末，他出國考察戲劇。對他影響最大的是蘇聯莫斯科藝術劇院和K.S.斯坦尼斯拉夫斯基以及德國劇院的M.萊因哈特。他認識到，戲劇發展方向必須從上演“翻譯劇本時代”向演員的“演技時代”過渡。1913年10月，自由劇場重新上演瞭《夜店》(《在底層》）、L.N.安德列耶夫的《走向星空》。從這些演出可以看出，小山內薰迫切要求開拓戲劇的新道路。
1915年1月，小山內薰和永井荷風共同創立瞭古劇研究會。1916年6月，他同山田耕筰等人創立瞭新劇場。1918～1920年，任田村成義經營的市村座的首席顧問，還參與瞭松竹電影公司的創立。此後導演瞭舞臺劇《井伊大老之死》、《俊寬》，並自編自導劇本《第一世界》。
1923年9月日本關東大地震後，土方與志(1898～1959)修建瞭築地小劇場，成為小山內薰的新戲劇運動的實驗基地。1924年6月，築地小劇場舉行創立公演，演出瞭A.P.契訶夫的《海鷗》（日本譯名為《白鳥之歌》）和馬佐的《休假日》、B.比昂松的《新婚夫婦》、J.A.斯特林堡的《閃電》等劇，均由小山內薰導演。接著，他又導演瞭契訶夫的《櫻桃園》、《三姐妹》、《萬尼亞舅舅》和N.V.果戈理的《欽差大臣》等。1926年3月，築地小劇場上演瞭坪內逍遙的劇作《修行者》。在此期間，由他導演的劇目還有L.N.托爾斯泰的《黑暗的勢力》等翻譯作品，也有中村吉藏的《大鹽平八郎》，北村小松的《有人物的街頭風景》，及他自己的《地獄》和《兒子》。接著，他導演瞭契訶夫的《紀念日》、W.莎士比亞的《麥克白》（同青山杉作合作）、秋田雨雀的《國境之夜》、I.S.屠格涅夫的《村居一月》等劇。1927年5月，他導演瞭日本松竹電影公司制作的第一部有聲影片《黎明》。
小山內薰逝世後，《小山內薰全集》於1929～1932年由春陽堂書店出版發行，共8卷。《小山內薰演劇論全集》於1964～1968年由未來社書店出版發行，共5卷。