武田觀柳齋是早年作過醫生，並對甲州流兵法有相當造詣，博學多識。1863年(文久3年)冬加入新選組，憑藉其卓越的軍事才華受到上級賞識，不久便被提升爲“副長助勤(副組長助理)”兼五番隊隊長，在武夫居多的新選組中因其學者身份而備受重視，新選組日常的軍事訓練即由此人負責，併兼職新選組的文化教員。武田劍術平平，但長於指揮，且口才出衆，時常阿諛上級，爲衆多組員所不齒。
池田屋事件前，擒獲關鍵線人古高俊太郎，表現突出。此後近藤勇赴廣島，江戶的組員招募工作交由武田負責，此時的武田已成爲新選組事實上的軍師，其在新選組中的地位達到頂峯。
然而好景不長，不久，幕府開始在下轄武裝內大範圍推廣法國軍制，新選組亦在改革之列，精於古典軍事的武田受到疏遠。於是，深感不安的武田開始暗中謀求脫隊，並與御陵衛士伊東甲子太郎等人接近，而伊東礙於與近藤勇作過相關協定最終並未收留武田。之後，武田又計劃投靠薩摩藩，未果。在瞭解到武田離隊的意圖後，近藤勇和土方歲三滿足了武田的要求，但已經開始策劃暗殺。最終，慶應3年6月22日夜，武田在竹田街道爲新選組所殺，執行人——齋藤一。
關於武田的逸聞頗多，有說法稱此人爲同性戀(子母澤寬的『新選組物語』)，待考。
