梁思成的父親梁啟超，是清末改革家，為躲避清政府迫害而出國，所以梁思成出生于日本東京。1912年，辛亥革命后，梁思成隨父母從日本回國，在北京崇德國小及匯文中學（1912-1914）就學。1915年，入北平清華學校（清華大學前身），1923年畢業于清華學校高等科。1924年，和林徽因一起赴美國費城賓州大學建筑系學習，1927年獲得學士和碩士學位，又去哈佛大學學習建筑史，研究中國古代建筑（肄業）。

1928年3月21日， 梁思成與林徽因在加拿大渥太華的中國總領事館舉行婚禮。之后赴歐洲參觀古建筑，8月18日回國后，在沈陽東北大學任教，創立了中國現代教育史上第一個建筑學系。1929年8月，林徽因從東北回到北平（今北京市），在協和醫院生下女兒，取名梁再冰，意為紀念已故父親梁啟超“飲冰室”書房雅號。 ^[2] 

1930年，和張銳參與天津市規劃，以《天津特別市物質建設方案》獲獎。 ^[3] 

日本侵占中國東北后，梁思成于1931年回到北平，進入中國營造學社工作（任法式部主任）。

在1932年，主持了故宮文淵閣的修復工程。同年，著成《清式營造則例》手稿。

從1937年起，和林徽因等人先后踏遍中國十五省二百多個縣，測繪和拍攝二千多件唐、宋、遼、金、元、明、清各代保留下來的古建筑遺物，包括天津薊縣遼代建筑獨樂寺觀音閣、寶坻遼代建筑廣濟寺、河北正定遼代建筑隆興寺、山西遼代應縣木塔、大同遼代寺廟群華嚴寺和善化寺、河北趙州隋朝建造的安濟橋等。這些重大考察結果，寫成文章在國外發表，引起國際上對這些文物的重視，為梁思成日后注釋《營造法式》和編寫《中國建筑史》，準備良好的基礎。

1944至1945年，梁思成任教育部戰區文物保存委員會副主任。

1946年，梁思成赴美國講學，受聘美國耶魯大學教授，并擔任聯合國大廈設計顧問建筑師。因他在中國古代建筑的研究上做出了杰出的貢獻，被美國普林斯頓大學授予名譽文學博士學位。同年，梁思成回到母校清華大學創辦了建筑系。 ^[5] 

1948年，在平津戰役前，梁思成繪制了《全國文物古建筑目錄》，交給中國人民解放軍，使北平古跡避免受到炮擊，很好的保護了北京的文物和古城墻。

中華人民共和國成立后，梁思成除了仍在清華大學任教授和建筑系主任外，還先后擔任了北京市都市計劃委員會副主任、中國建筑學會副理事長、中國美術家協會常務理事、中國文聯全國委員會委員、中華全國自然科學專門學會聯合會委員、中國科學技術協會委員、建筑科學研究院建筑理論與歷史研究室主任、北京市城市建設委員會副主任等職。

1950年初，梁思成與都市計劃委員會的陳占祥一起向政府提出了新北京城的規劃方案---《關于中央人民政府行政中心位置的建議》。主張保護北京古建筑和城墻，建議在西郊建新北京，保護舊北京城，不在舊城建高層建筑，但建議沒有被采納。之后他多次上書，挽救了北海的團城。

1953年5月，北京市開始醞釀拆除牌樓，對古建筑的大規模拆除開始蔓延。梁思成因提倡以傳統形式保護北京古城而多次遭到批判。時任北京市副市長吳晗擔任解釋拆除工作的任務，為了挽救四朝古都僅存的完整牌樓街不因政治因素毀于一旦，梁思成與吳晗發生了激烈的爭論。之后，在文化部舉辦的文物界知名人士歐美同學聚餐會上，林徽因也與吳晗發生了一次面對面的沖突。 ^[6] 

1962年，在林徽因病逝七年之后，梁思成娶了比自己小27歲的林洙（程應銓前妻）。

文化大革命中，梁思成被當作“復古”典型批判并抄家，所收藏的全部圖書資料被沒收。

1972年1月9日，梁思成病逝于北京。 ^[7] 

1963年，梁思成設計了揚州“鑒真和尚紀念堂”。建筑于1973年建成，1984年，榮獲中國優秀建筑設計一等獎。

1988年8月，中華人民共和國國家科學技術委員會頒發證書，表彰梁思成教授和他所領導的集體在“中國古代建筑理論及文物建筑保護”的研究中做出的重要貢獻，被國家科學技術委員會授予國家自然科學獎一等獎。 ^[11] 

梁思成照片集(5張)

美國學者費正清對梁思成在抗戰時期的工作作了如下的評價：“二戰”中，我們在中國的西部再度重逢，他們卻都已成了半殘的病人，但仍在不顧一切地、在極端艱苦的條件下致力于學術。當時林徽因身患肺結核，梁思成則因為青年時代一次車禍的后遺癥而導致脊椎受傷。然而，無論疾病還是艱難的生活都無損于他們對自己的開創性研究工作的熱情。就是在戰時的這一時期，梁思成用英文寫成了《圖像中國建筑史》。在我們的心目中，他們是不畏困難、獻身科學的崇高典范。 ^[12] 

梁思成的學術成就也受到國外學術界的重視，專事研究中國科學史的英國學者李約瑟說：梁思成是研究“中國建筑歷史的宗師”。 ^[11] 

1999年，原建設部設立“梁思成建筑獎”，以近代著名建筑家和教育家梁思成先生命名，是授予中國建筑師的最高榮譽獎，以表彰獎勵在建筑設計創作中做出重大貢獻和成績的杰出建筑師。 ^[13]