일본의 제111대 덴노. 고미즈노오 덴노의 8남으로 메이쇼 덴노, 고코묘 덴노의 이복동생. 아명은 히데미야(秀宮).

원래라면 이복형 고코묘 덴노의 양자가 된 이복동생 사토히토(레이겐 덴노)가 덴노가 되어야 했지만, 고코묘 덴노가 사망했을 당시 태어난 지 얼마 되지 않은 상태였기에 고사이 덴노가 대신 즉위했다. 사토히토 황자가 덴노로 즉위할 수 있을 때까지 한시적으로 덴노가 될 생각으로 즉위한 것이었다. 후에 자신의 아들이 아니라 사토히토 황자에게 양위한 것은 이 때문이다.

1663년 1월 16일, 10세가 된 레이겐 덴노에게 자리를 양위하였다. 그의 치세 중에는 이세신궁이나 오사카 성, 또는 덴노가 거주하는 다이리 등에 화재가 자주 일어나고 지진이나 수해 등 자연재해가 자주 발생하였다. 이를 두고 사람들은 덴노의 부덕의 소치라고 비난하였는데, 이 때문에 에도 막부에서 황위를 선양하도록 했다는 설도 있다.

고사이 덴노는 와카에도 뛰어난 재능을 발휘하는 등 고전에 조예가 깊었으며, 가집 『수일집(水日集)』을 남기기도 하였다.

1685년, 고사이 덴노는 47세의 나이로 사망하였다. 그의 능은 교토 시 히가시야마 구의 천통사(泉涌寺) 경내에 있는 월륜릉(月輪陵)이다. 공식 명칭은 고조구중탑(石造九重塔)이다.

추호(追号)인 고사이(後西)는 53대 준나 덴노의 별호인 사이인[1]노미카도(西院帝)에서 따온 것이다.

- 배우자 : 아키코 여왕(明子女王, 1638년 ~ 1680년) 외 측실 7명
- 황자 : 하치죠미야 오사히도 친왕(八条宮長仁親王) 외 황자 10명
- 황녀 : 마사코 내친왕(誠子内親王) 외 황녀 16명