清末民初
龙榆生出生于1902年3月19日，其父亲龙赓言与文廷式、蔡元培、董康是光绪十六年（1890）的同榜进士，在安徽和湖北等地做过多任知县和知府，着有《蜕庵诗存》；母亲杨玉兰出身于万载世族。6岁时，他的母亲就去世了。母亲的早逝，使得他的童年“温饱学习无人过问，因而身体瘦弱，性情孤僻。十岁前，只在钟祥、随州、1念过一年多的初小，在家乡读过一年蒙馆。”辛亥革命后，其父辞去随州知府的职务，回到家乡创办集义小学，龙榆生开始在父亲的指导下，熟读了《史记》的前传、《文选》等文史名着，并学会了诗词骈文。14岁高小毕业以后，由于身体差，龙榆生跳过中学直接前往北京大学的愿望落空。
1916年，龙榆生开始患病。1917年，在其父亲的安排下，与年长龙榆生四岁的陈淑兰成婚。1918年，“大病几死”，在其妻陈淑兰的照料下才得以恢复。但是上大学的梦想却泡汤了。
1921年春天，20岁的龙榆生由堂兄沐光介绍，前往武昌高等师范学校从黄侃学习声韵、文字及词章之学，同时教黄氏次子读《论语》。同年夏天，王占元发动武昌兵变，黄侃离开武昌高等师范学校，带着龙榆生前往苏州、扬州游历，之后龙榆生返回家乡，出任集义小学的国文教员。
1923年春，经郭一岑出任上海神州女校国文教员，因不会上海话，在一个月后被辞退。同年夏天，经黄侃推荐，转至武昌中华大学附中任教，三个月后辞职。1924年至1928年上半年任教厦门集美中学，期间曾拜闽派诗人陈衍（石遗）为师，并到厦门大学拜见过鲁迅。
1928年9月，经陈衍介绍，担任上海暨南大学国文系讲师（翌年升教授）兼国立音乐院诗词课，而龙榆生开始研究词，也是从这段时间开始的。期间，龙榆生得以拜谒夏敬观，并进而结识了陈散原（三立）、朱彊村（祖谋，清光绪9年即1883年进士，曾任礼部、吏部侍郎等，近代着名词人，为“清末四大家”之一）、程十发、胡适之等。1929年9月，龙榆生开始在暨大教词。
1931年12月，朱祖谋去世，卒前以遗稿和校词朱墨双砚相授，并由夏敬观画了《上彊村授砚图》，后相继有吴湖帆、徐悲鸿、方君璧、蒋慧为等人为其绘《受砚图》。汪精卫系彊村任广东学政时的门人，龙榆生因朱的身后事开始与汪有较多联系，皆多为诗词唱和。
1932年与着名作曲家黄自合作完成《玫瑰三愿》等歌曲，成为一代名曲。9月起，开始担任上海暨南大学中文系主任，时年31岁。1933年下半年兼任复旦大学教席，同年4月其主编的《词学季刊》创刊。 1937年8月13日，因日军炮轰上海，该刊被毁版停刊。总共出11期。1935年下半年开学之初，龙榆生辞去暨南大学的教职，转而任教于广州中山大学。1936年下半年任教于上海国立音乐专科学校及苏州章氏国学讲习所。
1937年至1939年，因经济十分拮据，龙榆生不顾胃病严重，扶病奔走于苏沪和市中心区之间。有一段时间，甚至兼了五个学校的课。
抗战期间
1940年2月，龙榆生被汪精卫接去谈话。4月，被汪精卫伪国民政府任命为立法院立法委员。据龙榆生的门人任睦宁后来讲，汪伪宣布任命龙榆生为立法委员并未征得龙榆生同意；而据夏承焘《天风阁学词日记》载，1940年4月4日，他曾接到龙榆生的信，“谓胃疾大发，医谓非休养不可，而家口嗷嗷，无以为活，出处之际，非一言所能尽云云”。
1940年9月，兼任汪精卫宅家庭教师。他坚持不参加任何政治会议，惟以教书育人研究学问为务。同年12月11日，其父龙赓言病逝于万载马步乌溪壁。20日，龙榆生创办的《同声月刊》创刊号出版。
1941年，太平洋战争爆发，他与负责金陵大学校产的陈嵘（林业研究所所长）合作，将金陵大学全部校产、图书和设备转移到中央大学，避免了被日本人侵占。
1943年夏，他以中大文学院院长的资格兼领南京文物保管委员会博物专门委员会主任委员。当年，他3次去北平，通过张东荪教授和中共中央华北局取得了联系，曾做过策动拥有两万装备精良军队的伪中央陆军将校训练团中将教育长郝鹏举起义的工作，但未果。
1945年11月8日，龙榆生被囚禁于南京老虎桥监狱；第二年3月8日，被转移到苏州狮子口监狱看守所。1946年6月26日，被判处有期徒刑12年。龙榆生被关了两年零三个月，直到1948年2月5日，才由夏承焘的弟子潘希真等设法将他保释出来。
解放以后
1949年初至10月任上海商务印书馆编审部馆外编审。11月受陈毅接见，在其关怀下，16日即任上海市文物管理委员会编纂。1950年秋改任文管会研究员。1951年调任上海市博物馆编纂、研究员。
1952年由陈毅安排至上海博物馆任资料室主任，并特许其专心撰述，不必随例上班。1956年2月，在陈毅的安排下，龙榆生特邀列席政协第二届全国委员会第二次会议，2月6日晚受毛主席接待，在京期间曾与郭沫若论诗。4月，任上海市政协委员，8月，辞去上海博物馆任资料室主任职务，转任上海音乐学院民乐系教授，11月，被评为三级教授。1958年5月龙榆生被打成右派，由三级教授降为五级教授。
1961年5月，被安排去上海社会主义学院“脱产学习”，9月摘掉右派份子的帽子。1962年为上海戏剧学院戏曲创作研究班授课。是年，施蛰存常与龙榆生往来，讨论词学。
1965年11月，龙榆生因毛主席在延安时曾经看过其主编的《词学季刊》，遂将《词学季刊》合订本三册托萧向荣将军交陈毅副总理转呈毛主席。龙榆生研究佛学多年，晚年与赵朴初最为相契。
1966年10月中，龙榆生因甲状腺瘤住院。手术后恢复良好，本欲出院。11月1日，家遭上海音乐学院造反派查抄，书稿文物悉被扫空，对龙打击甚大。5日，肺炎复发，高烧不退，渐至昏迷，18日凌晨，龙榆生因病发心肌梗塞，与世长辞。
1979年1月16日，中共上海音乐学院委员会对龙榆生错划右派的问题予以改正，恢复其名誉。
1980年3月，其骨灰安葬于北京香山万安公墓木区余组。