秋田県角館(仙北市)出身。画家の平福穂庵の4男。本名は貞蔵。父に画を習っていたが、父が急死。亡き父の追悼画会で画才が認められる。「百年」の百と「穂庵」の穂をとって「百穂」と号した。1894(M27)17歳の時に上京し、川端玉章の門に入る。
1899東京美術学校(東京芸大)卒業の翌年、日本美術院の理想主義に対抗して、写生主義を唱え、結城素明らと无声会を組織。雑誌や新聞に挿絵を執筆、特に軽快洒税な筆致を生かした時事的なスケッチは紙面に生彩をそえた。'09(M42)第3回文展に「アイヌ」、第8回文展に「七面鳥」を出品し世に認められた。
'16(T5)金鈴社を結成して、同志と研究・作画に精進、日本・中国の古典に対する観照を深めた。'30(S5)帝国美術院会員、'32母校である東京美術学校の教授。晩年は自然主義と古典が融合した作品を生み出すに至る。
代表作は『朝露』『予譲』『荒磯』『堅田の一休』『春の山』『玉柏』『小松山』など。また1903頃から伊藤佐千夫と親しくなりアララギ派の歌人としても活動し、歌集に『寒竹』がある。
妻はます子(同墓)。長男の平福一郎(同墓)は病理学者で平福百穂の所定鑑定人を務めた。次男は平福周蔵(2010.4.14没 同墓)。一郎、周蔵、久子の兄弟で『平福百穂をめぐる書簡と葉書 共鳴するこころ』を刊行している。