日本宮城縣人，一九一四年五月年畢業於日本陸軍士官學校第二十六期騎兵科，一九二二年畢業於日本陸軍大學校第三十四期。
一九三五年十二月，任參謀本部部附，專門研究蘇聯軍事，是個蘇聯通。一九三七年八月累升至騎兵大佐，一九三八年七月任關東軍第二十三師團參謀長，駐屯我國東北西部的海拉爾市。一九三九年五月十一日，大內孜輔佐師團長小松原道太郎中將蓄意挑起諾門坎事件。七月二日凌晨，大內孜與小松原道太郎指揮四萬餘人的部隊，向外蒙邊境發起總攻擊，遭到蘇蒙部隊猛烈的炮火回擊。日軍進攻受阻，死傷慘重，殘兵敗將四散逃命。四日拂曉，大內孜重新集結部隊準備撤退時，突遭蘇軍遠程榴彈炮急襲，其胸部被彈片擊中，當即斃命。死後，被追晉為陸軍少將。