日本宫城县人，一九一四年五月年毕业于日本陆军士官学校第二十六期骑兵科，一九二二年毕业于日本陆军大学校第三十四期。一九三五年十二月，任参谋本部部附，专门研究苏联军事，是个苏联通。一九三七年八月累升至骑兵大佐，一九三八年七月任关东军第二十三师团参谋长，驻屯我国东北西部的海拉尔市。一九三九年五月十一日，大内孜辅佐师团长小松原道太郎中将蓄意挑起诺门坎事件。七月二日凌晨，大内孜与小松原道太郎指挥四万余人的部队，向外蒙边境发起总攻击，遭到苏蒙部队猛烈的炮火回击。日军进攻受阻，死伤惨重，残兵败将四散逃命。四日拂晓，大内孜重新集结部队准备撤退时，突遭苏军远程榴弹炮急袭，其胸部被弹片击中，当即毙命。死后，被追晋为陆军少将。