直木倫太郎は1876（明9）年12月、兵庫県に生まれた。旧姓「眞島」、1893（明26）年直木政之助の養子となる。1899（明32）年7月東京帝国大学工科大土木工学科を卒業し、東京市に奉職した。1901（明34）年欧米各国へ出張し、引き続き1902（明35）年から2年間留学した。帰国後、東京市の湟池整理係長および土木課長などを歴任。

　1906（明39）年大蔵省に転任し、臨時建築部技師、同横浜支部土木係長を務め、1911（明44）年7月東京市河港課長となった。1914（大3）年下水道計画に関する論文により工学博士の学位を受けた。1917（大6）年大阪市港湾部長に就任し、翌年からは市区改正部長を兼務した。1923（大12）年10月帝都復興院技監、土木局長に就任、翌年内務省復興局長官・技監に就任した。

　1925（大14）年に退官した後、(株)大林組取締役・技師長となり、1934（昭9）年1月満州国道路局長に転じ、翌年大陸科学院長を兼任、その後、交通部技監兼水力電気建設局長を経て1939（昭14）年3月満州国参議に就任した。

　関西工学専修学校創設当時は、大阪市港湾部長兼都市計画部長、都市計画大阪地方委員会委員、日本建築協会名誉賛助員、都市研究会評議員であった。

　関西工学専修学校創設後は、同校理事を創設当初から1924（大13）年3月まで、同校の顧問を1924（大13）年3月から1926（大15）年4月まで、財団法人関西工学の顧問を1926（大15）年4月から1940（昭15）年3月まで、それぞれ務めた。

　1943（昭18）年2月死去。享年66。