三木長丸
德川光圀的父親是水戶德川家初代當主以及水戶藩的初代藩主，德川家康的十一男德川賴房，母親是側室谷久子（谷氏）。實際上，賴房一生都沒有立正室，久子生下賴房的長子賴重又生下藩主繼承人，身份較高的側室。同母的兄長是松平賴重，同母姐姐是清泰院大姬（前田光高室），同母弟是松平賴利。寬永五年（1628年）6月10日出生在水戶城下柵町，家臣三木之次的屋敷。在“桃源遺事”中記載，賴房命令三木夫妻讓久子流產，但是三木夫婦違背命令，秘密的讓久子生下孩子。光圀的母親久子乃家臣谷重則的女兒，在她懷孕時，光圀的父親賴房，還未立正室。
後來光圀在‘義公遺事’的回想中提到，母親久子是城中老女（奧付老女）的女兒，得到賴房的寵幸懷孕，但是賴房的側室於勝之方（佐佐木氏，元理院）以久子懷孕使自己不愉快而叫賴房下令久子墮胎，不過同樣侍奉奧付老女的三木之次之妻武佐在與賴房的養母於梶之方（於勝，英勝院）商量過後，決定讓久子在自家宅邸秘密生產。據說，光圀的同母兄賴重出生時有是同樣的情況。
就在這時，藩中的家臣三木仁兵衛的妻子流產。因此久子秘密分娩後，所生下的孩子（光圀）就成了三木仁兵衛的養子，並取名為“長丸”，稱為三木長丸。
本來，長丸一直以為自己是三木夫妻的親生兒子，但據說在他六歲時，有一名僧人等覺院，告訴長丸：“你氣宇軒昂，有藩主的面相”，隨後又問了長丸的家在哪裡。長丸指著身旁的三木家宅邸，但等覺院卻否認，並指著一旁的水戶城說：水戶城才是你的家。長丸不相信，等覺院於是笑著離去。長丸認為等覺院是個可笑的人，所以便將此事告訴了養母。長丸的養母聽到長丸這么說，終於將長丸的身世告訴他。這時的長丸才知道自己是藩主的兒子。但是這一段逸話，並沒有什麼有力的證據或是廣泛的流傳來加以佐證。
寬永九年（1632年），長丸和養父母分別，並與同母的兄長賴重（賴房長子）進入水戶城中。拜見自己的親生父母后，長丸將乳名改為千代松。
藩主繼承人
寬永十年（1633年），千代松被選定成為世子（繼承人）。據說賴房沒選年紀長於千代松的賴重，原因是尾張德川家的德川義直、紀伊德川家的德川賴宣，他們兩人的長子都比賴重晚出生，因此才選年紀較幼的千代松為世子。寬永十三年（1636年），千代松元服，幕府三代將軍德川家光授予“光”一字，正式改名為“光國”。
水戶藩主
德川光圀承應三年（1654年），光國迎娶前關白近衛信尋的次女，近衛尋子（泰姬）為正室。明歷三年（1657年），駒込邸設定史局，開始編寫紀傳體的歷史書‘大日本史’。寬文元年（1661年），父親賴房去世，成為水戶藩二十八萬石的二代藩主，同年，光國的母親久子也隨著賴房去世。
光國封給弟弟松平賴元常陸國額田二萬石，也因此水戶藩的領地降為二十六萬石。
力斗惡法
五代將軍德川綱吉因為自身不孕，其母便將以前祖先因殺戮太多，導致惡果惡報(事實上並非如此)。於是採用乃母的建議，頒布日本史上最愚蠢、最糟糕的法令《憐愛生類令》，人民只要誤趕一隻流浪動物，或打死一隻蚊子、蒼蠅等害蟲，輕者罰金、禁閉，重者流放甚至被處死，連武士也不例外。人民怨聲載道，此時有一兒童為了要去援救被狗群追趕而爬上樹的兄長，將手棍向狗群奮力一扔，打中其中幾條狗，當圍觀民眾開始低聲嘆氣說：“可憐的孩子，這下完蛋了！”官吏拿著十手出來責問是誰虐待動物之時，德川光圀和其護衛出來擋駕，並向追捕官吏說：“放過這孩子吧！吾將親身與將軍說去！”說完帶著兄弟走了，留下滿頭疑問的官吏：“此人是誰”，圍觀民眾大聲歡呼叫好：“水戶黃門大人真是英明！”於是帶著幾張狗皮上京都，親自責問德川綱吉：“天下人民怨聲鼎沸，汝仍執迷不悟！若將軍寬諒天下人，減其賦稅，人民必謝恩，毋須用此惡法來箝制人民！”德川綱吉默不作聲，於旬後銜恨勒令德川光圀退休。德川光圀樂的到處去遊覽，開始為將編纂的“大日本史”蒐羅校對資料。
隱居和晚年
延寶七年（1679年）五十二歲時改名為“光圀”。元祿三年（1690年），將藩主一位讓給養嗣子德川綱條（實父為賴重）。元祿四年（1691年），光圀隱居於西山莊。元祿十三年（1700年），光圀逝世於西山莊，享年七十三歲。
一般認為光圀對於長兄賴重無法成為藩主一事十分內疚，所以才將賴重的孩子綱條接入藩中，並立為嗣子。賴重因為十分感謝光圀，也立了光圀和側室玉井氏所生的親生子松平賴常（鶴丸）為高松藩的藩主。
