マックス・プランク宇宙物理学研究所所長、東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構（Kavli IPMU）シニアフェロー。
1974年、兵庫県宝塚市出身。小学校５年生の頃に父に買い与えられた天文学の図鑑のオリオン座大星雲M42のカラー写真に魅せられ、将来は天文学者になると決める。地元の公立高校を出た後、1993年に宮城県仙台市の東北大学理学部に入学し、将来の妻となる緑と出会う。
2001年博士号取得。米国プリンストン大学博士研究員、テキサス大学教授を経て、2012年より現職。宇宙の始まりから終わりまでを物理学の理論と天文学の観測を駆使して理解するのを生涯の目標とする。
日本天文学会研究奨励賞（2004年）、東北大学森田記念賞（2006年）、西宮湯川記念賞（2010年）、日本天文学会林忠四郎賞（2015年）、井上学術賞（2021年）、仁科記念賞（2022年）などの日本国内の賞に加え、米国アルフレッド・スローン財団スローンフェロー（2005年）、国際純粋・応用物理連合若手物理学者賞（2008年）、グルーバー宇宙論賞（2012年）、米国天文学会ランスロット・バークレー賞（2013年）、米国物理学会フェロー（2015年）、基礎物理学ブレイクスルー賞（2018年）などの国際的な賞も多数受賞。
一般向けの著書に、小説家の川端裕人氏との共著『宇宙の始まり、そして終わり』（日本経済新聞社・日経プレミアシリーズ）がある。ミュンヘン日本人会会報の隔号にて、エッセイ『小松英一郎の「天文学者ですがなにか？」』を連載中。毎週日曜日の野球と、時々弾くピアノで宇宙から地上に戻り、気分転換している。