Nació en la ciudad de Salta, el 20 de julio de 1868, hijo del matrimonio conformado por los primos don José de Uriburu y Poveda y doña Serafina de Uriburu y Álvarez de Arenales, quienes eran sobrino e hija, respectivamente, del coronel Evaristo de Uriburu.
Su vocación castrense se concreta el 17 de marzo de 1885, cuando ingresa como cadete en el Colegio Militar. Con el grado de subteniente participa en las filas del movimiento revolucionario de 1890, que culminó con la renuncia del Presidente Juárez Celman.;
El 17 de marzo de 1885, Uriburu ingresó como cadete en el Colegio Militar. Con el grado de subteniente era uno de los jefes de la Logia de los 33 Oficiales que participó en la organización de la Revolución del Parque en 1890,
El 19 de noviembre de 1894 se casó con Aurelia Madero Buján (1873-1959), hija de Eduardo Madero y Marcelina Buján Ellauri, y con la que tuvo tres hijos: Alberto Eduardo, Elena Teresa y Marta Mercedes.
Fue ayudante de su tío José E. Uriburu y del presidente Luis Sáenz Peña. En 1905 apoyó a Manuel Quintana para sofocar la revolución radical de 1905.
En 1907 fue director de la Escuela Superior de Guerra y posteriormente fue enviado a Alemania por tres años, para perfeccionarse en programas de entrenamiento militar y equipos. Cuando regresó a Buenos Aires, asistió a los congresos científicos de la celebración del Centenario y luego estuvo a cargo de puestos fronterizos como oficial de estado mayor.
En 1913, regresó a Europa como agregado militar en Alemania e Inglaterra, y retornó a la Argentina en 1914.
En 1921 ascendió a general de división. Al año siguiente, actuó como inspector general del ejército, designado por el presidente Marcelo T. de Alvear.
Fue miembro del Consejo Supremo de Guerra desde 1926 hasta que Yrigoyen lo hizo retirar por haber alcanzado la edad reglamentaria.
El 6 de septiembre de 1930, Uriburu puso fin al gobierno de Yrigoyen y estableció una dictadura militar; reconocido presidente por la Corte Suprema, Uriburu disolvió el Congreso, declaró el estado de sitio, intervino las provincias y, en rasgos generales, quiso implantar un gobierno elitista autoritario: aun que públicamente declaraba respetar la constitución, personalmente sentía que la nación necesitaba retornar al gobierno conservador.
Le resultó imposible obtener apoyo político para ese fin; en tanto, su encarcelamiento de prisioneros políticos, su censura de diarios, su intervención de las universidades y sus acciones --generalmente dirigidas contra los radicales-- así como sus prejuicios contra las acciones democráticas debilitaron el apoyo público; otros críticos temían que intentara destruir la Constitución y las leyes electorales e imponer patrones extranjeros en la nación; los líderes civiles y militares, ambiciosos de poder político, le temían.
Después de permitir elecciones libres en Buenos Aires a principios de 1931 y luego de anular los resultados porque ganaron los radicales, no estuvo de acuerdo en permitir votaciones nacionales pero en noviembre hubo sufragios y el presidente electo fue su rival militar, el general Agusto P. Justo.
Uriburu marchó al extranjero por motivos de salud; murió en París el 29 de abril de 1932, unos meses más tarde, luego de una intervención quirúrgica.