او در ۶ اسفند ۱۳۰۶ در رشت متولد شد. پدرش آقاخان ابتهاج از مردان سرشناس رشت و مدتی رئیس بیمارستان پورسینای این شهر بود. برادران ابتهاج عموهای او بودند. هوشنگ ابتهاج دوره تحصیلات دبستان را در رشت و دبیرستان را در تهران گذراند و در همین دوران اولین دفتر شعر خود را به نام نخستین نغمه‌ها منتشر کرد. ابتهاج در جوانی دلباخته دختری ارمنی به نام گالی شد که در رشت ساکن بود و این عشق دوران جوانی دست مایه اشعار عاشقانه‌ای شد که در آن ایام سرود. بعدها که ایران غرق خونریزی و جنگ و بحران شد، ابتهاج شعری به نام کاروان(دیرست گالیا...)بااشاره به همان روابط عاشقانه‌اش در گیر و دار مسایل سیاسی سرود. ابتهاج مدتی به عنوان مدیر کل شرکت دولتی سیمان تهران به کار اشتغال داشت.

منزل شخصی سایه که از منازل سازمانی شرکت سیمان است در سال ۱۳۸۷ با نام خانه ارغوانبه ثبت سازمان میراث فرهنگی رسیده‌است. دلیل این نامگذاری، وجود درخت ارغوان معروفی در حیاط این خانه‌است که سایه، شعر معروف (ارغوان)خود را برای آن درخت گفته‌است. این خانه قدمت چندانی ندارد اما از آنجاکه در زمان سکونت سایه در آن محفل ادبی بزرگان شعر و موسیقی و محل نشست‌های آنها بوده‌است دارای ارزش فرهنگی بسیار بالایی است.

سایه در سال ۱۳۴۶ به اجرای شعر خوانی بر مزار حافظ در جشن هنر شیراز می‌پردازد که دکتر باستانی پاریزی در سفرنامه معروف خود (از پاریز تاپاریس)استقبال بی نظیرشرکت کنندگان و هیجان آنها پس از شنیدن اشعار سایه را شرح می‌دهدومی نویسد که تا قبل از آن هرگز باور نمی‌کرده‌است که مردم از شنیدن یک شعر نو تا این حد هیجان زده شوند.

ابتهاج از سال۱۳۵۰ تا ۱۳۵۶ سرپرست برنامه گل‌ها در رادیوی ایران (پس از کناره گیری داوود پیرنیا) و پایه‌گذار برنامه موسیقایی گلچین هفته بود.تعدادی از غزل‌ها، تصنیف‌ها و اشعار نیمایی او توسط موسیقی‌دانان ایرانی نظیرشجریان ناظری حسین قوامی اجرا شده‌است. تصنیف خاطره انگیز تو ای پری کجایی و تصنیف سپیده(ایران ایسرای امید)از اشعار سایه‌است. سایه بعد از حادثه میدان ژاله (۱۷ شهریور۱۳۵۷)به همراه محمدرضا لطفی،محمدرضا شجریان و حسین علیزاده، به نشانه اعتراض از رادیو استعفا داد.

از مهم‌ترین آثار هوشنگ ابتهاج تصحیح او از غزل‌های حافظ است که با عنوان «حافظ به سعی سایه» نخستین بار در ۱۳۷۲ به چاپ رسید و بار دیگر با تجدیدنظر و تصحیحات تازه منتشر شد. سایه سالهای زیادی را صرف پژوهش وحافظ شناسی کرده که این کتاب حاصل تمام آن زحمت هاست که سایه در مقدمه آنرا به همسرش پیشکش کرده‌است.

سایه هم در آغاز، همچون شهریار، چندی کوشید تا به راه نیما برود؛ اما، نگرش مدرن و اجتماعی شعر نیما، به ویژه پس از سرایش ققنوس، با طبع او که اساسا شاعری غزلسرا بود؛ همخوانی نداشت. پس راه خود را که همان سرودن غزل بود؛ دنبال کرد.

سایه در سال ۱۳۲۵ مجموعهٔ «نخستین نغمه‌ها» را، که شامل اشعاری به شیوهٔ کهن است، منتشر کرد. در این دوره هنوز با نیما یوشیج آشنا نشده بود. «سراب» نخستین مجموعهٔ او به اسلوب جدید است، اما قالب همان چهارپاره‌است با مضمونی از نوع تغزل و بیان احساسات و عواطف فردی؛ عواطفی واقعی و طبیعی. مجموعهٔ «سیاه مشق»، با آنکه پس از «سراب» منتشر شد، شعرهای سالهای ۲۵ تا ۲۹ شاعر را دربرمی‌گیرد. در این مجموعه، سایه تعدادی از غزل‌های خود را چاپ کرد و توانایی خویش را در سرودن غزل نشان داد تا آنجا که می‌توان گفت تعدادی از غزل‌های او از بهترین غزل‌های این دوران به شمار می‌رود.

سایه در مجموعه‌های بعدی، اشعار عاشقانه را رها کرد و با کتاب شبگیر خود که حاصل سال‌های پر تب و تاب پیش از سال ۱۳۳۲ است به شعر اجتماعی روی آورد. مجموعهٔ «چند برگ از یلدا» راه روشن و تازه‌ای در شعر معاصر گشود.

سایه پس از درگذشت دردناک احسان طبری در بهار ۱۳۶۸، مثنوی معروف و تاثیرگذار «قصه خون دل» را به یاد و در رثای او سرود.