西魏恭帝三年(556年)，封秦郡公，食邑一千户。武成初年，外出镇守蒲州，任大将军，晋封卫国公，食邑一万户。保定初年，任雍州牧，随即升任柱国，转任大司空，出任襄州总管。天和年间，陈国湘州刺史华皎举州前来归附，诏命宇文直督率绥德公陆通、大将军田弘、权景宣、元定等出兵支援，在沌口与陈国将领淳于量、吴明彻等人作战。宇文直失利，元定投奔长江以南。
宇文直论罪免官。宇文直是宇文邕的同母弟弟，为人浮薄诡诈，贪狠无赖。由于晋公宇文护执政，就亲近宇文护，而对哥哥怀有二心。从沌口回来后，宇文直因免官而恼怒，请求皇帝授官，希望得到职位。宇文邕早就有处死宇文护的意思，于是与宇文直谋划。处死宇文护后，宇文邕任命齐王宇文宪为大冢宰。宇文直很失望，请求授为大司马，打算总领兵马，独揽威权。宇文邕猜到他的心意，就对他说：“你们兄弟长幼有序，难道让你反居下列吗?”于是任命宇文直为大司徒。
建德三年(574年)，晋封为王。当初，宇文邕把宇文直的宅第改为东宫，让宇文直自己选择住所。宇文直看遍各处官署，没有中意的，到废弃的陟屺佛寺，打算住进去。齐王宇文宪对他说：“兄弟的儿女们成长，按理说住处应当宽大一些，这个寺院太狭小，不宜居住。”宇文直说：“我这一个身子尚且容不下，还用说儿女们!”宇文宪感到奇怪，也有点怀疑。宇文直曾经跟从宇文邕围猎，在队伍里乱跑，宇文邕发怒，当众鞭打他。宇文直从此更加怨恨。
宇文邕驾幸云阳宫时，宇文直留在京师，起兵反叛，进攻肃章门。司武尉迟运关门抵抗，宇文直无法进入。宇文直于是逃走，在荆州被追上捉住，废为平民，囚禁在另一处宫殿里。不久，图谋反叛，被处死。