相馬氏第６代当主・相馬重胤の二男。相馬親胤の弟。
建武２年（１３３５）１１月、父・重胤が建武政権に叛いた足利尊氏に与することを決めた際に、下総国相馬郡栗野村や陸奥国行方郡耳谷村などを譲渡され、父や兄・親胤と共に鎌倉に参じた。
同年１２月に尊氏が新田義貞軍を破って京都に進撃するに際しては兄の親胤が尊氏に従軍、光胤は父と共に鎌倉に残って守衛にあたったが、のちに陸奥国に帰国、建武３年（１３３６）２月１８日には父より陸奥国行方郡小高に築城して足利氏に味方することを命じられている。
３月にはこの指示に従って一族を小高城に結集させて南朝勢力と戦い、その功績で翌４月には重胤に宛てて尊氏方の奥州総大将・斯波家長より所領を預け置かれている。
しかし南朝方の鎮守府大将軍・北畠顕家が陸奥国に下向してくることを知ると討死を覚悟し、５月２０日付で消息不明となっていた親胤の子である松鶴丸（のちの相馬胤頼）を養子として栗野村・耳谷村・小高村などの所領を譲ったうえで南朝軍との戦いに臨んだが、５月２４日に小高城を落とされて斬られた。