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1872年（明治5年）出生於日本廣島縣福山市，是備後福山藩大參事武田平之助的長男<ref>[https://www.city.fukuyama.hiroshima.jp/uploaded/attachment/62776.pdf 武田五一 コウモリマークを選んだ建築家] ふくやま美術館所蔵品展示目録， No.134，2016。</ref>1894年進入東京帝國大學造家學科，於1897年畢業，畢業論文為「茶室建築」；之後進入大學院（研究所），受伊東忠太和妻木賴黃委託，分別協助他們台灣神社、日本勸業銀行的設計<ref>石田潤一郎，[https://www.biz-lixil.com/resource/pic/column/inaxreport/IR169/INAX169_04_14.pdf 日常の中の前衛建築家 武田五一]INAX REPORT No.169，2007年1月，頁4。</ref>。1899年擔任東京帝國大學工學科助教授，隔年以文部省留學生名義前往英、德、法留學進行設計研究，留學期間還獲得英國國民圖案懸賞競圖的「皇后賞（silver medal）」<ref name="石">石田潤一郎，[https://www.biz-lixil.com/resource/pic/column/inaxreport/IR169/INAX169_04_14.pdf 日常の中の前衛建築家 武田五一]INAX REPORT No.169，2007年1月，頁5。</ref>。 1903年學成歸國，擔任京都高等工藝學校教授，與同事淺井忠以京都工藝現代化為目標，進行工藝教育，對日本工藝界有巨大貢獻<ref name="石"/>。