石川県石川郡野村字泉野(金沢市)出身。旧姓は篠木(ささき)。金沢市櫻畠の木村民衛の養子。
1892(M25)東京帝国大学理科大学星学科卒業。寺尾寿に位置天文学を、田中舘愛橘に地球物理学を学んだ。1894震災予防調査会の嘱託で北海道の地磁気測定に従事。
1895〜97同会の事業として東京天文台の緯度変化を観測し、また、1896〜97陸軍陸地測量部修技所で星学を教えた。1898ドイツのシュトゥットガルトで開催された第12回万国測地学協会総会に、師匠の田中舘愛橘に伴われて出席。
ポツダムにある中央局で、観測する恒星の選定に関し提言して認められ、その任にあたるために中央局役員になり、そのまま留学生となった。翌年帰朝。
1899万国測地学協会の要請によって岩手県水沢に創立された水沢緯度観測所(国立天文台水沢VLBI観測所)の初代所長となり、 1941(S16)までその職にあった。
1902.2.4従来知られていた緯度変化の2つの変動成分X,Yのほかに、1年周期の第3成分Zを発見した(Z項または木村項と呼ばれる)。これにより、'11.6.12第一回帝国学士院恩賜賞受賞。
'18国際天文学連合(IAU)と国司測地学地球物理学連合(IUGG)の緯度変化委員長。'22(T11)〜'36(S11)水沢に万国緯度観測(国際緯度観測事業:ILS)中央局が置かれ局長に就任。'25帝国学士院会員。'36(S11)英国王立天文学会金牌。'37第1回文化勲章を受章した。
主な著書に、『緯度観測所に就て』『緯度変化に就て』がある。東京世田谷の自宅にて逝去。享年72歳。'70(S45)国際天文学連合により人工衛星で見付かった月面裏側のクレータの一つを「キムラ:(Kimura)」と命名された。
*墓石は和型「木村家の墓」。右側に墓誌がある。戒名は理宙院殿釈旻栄大居士。
*長女の伊登子は物理学者で文化勲章を受章した茅誠司と結婚。よって、工学者で日本における地球温暖化問題の第一人者の茅陽一と化学者の茅幸二は孫にあたる。
*「Z項」発見という世界的な大偉業を遂げた施設は、現在、「木村榮記念館」(岩手県奥州市水沢区星が丘2-12)となっている。
観測所敷地内には、明治建築の面影を残す臨時緯度観測所(木村榮記念館)と1921(T10)建築の木造洋風2階建の緯度観測所旧本館(奥州宇宙遊学館)の姿があり、左手には、今は国立天文台水沢VLBI観測所と名を変えた近代的な本館がある。
また、郷里の石川県金沢市の「金沢ふるさと偉人館」で顕彰、常設展示されている。