黃旭初早年曾入容縣師範學校，後轉至廣西陸軍速成學校，不久肄業，改入北京陸軍大學正則班第四期，1916年畢業後赴日本留學。1917年黃旭初回國，於桂軍擔任連長、營長等，1921年時升任廣西督軍署參謀、軍政署科長。1922年，黃旭初轉至李宗仁部下擔任參謀，獲得賞識而步步高升，於北伐時期任國民革命軍第七軍第四旅旅長、第六師師長、任第十五軍副軍長兼第二師師長等，中原大戰期間亦隨李宗仁對抗蔣中正。
1931年，黃旭初出任廣西省主席，直到1949年才卸任，被視為新桂系中次於李宗仁、白崇禧、黃紹竑之後的第四號人物，負責鞏固新桂系在廣西的地盤，期間曾獲選為國民黨中執委。抗戰爆發後，黃旭初晉升中將，仍然留在廣西主持防務。戰後，黃旭初在國共內戰時期兼任桂林綏靖公署副主任，協助李宗仁將新桂系的資源運往香港以圖再起，但最終功敗垂成，黃旭初後移居日本、香港，一度窮困潦倒，1958年時獲聘為國策顧問，但仍居香港。1975年11月18日，黃旭初病逝於香港。