早年经历

顾寰的家族原为长沙湘潭人，后在元朝时迁居扬州路江都县（明朝时改属南直隶扬州府，今江苏省扬州市）。他的祖父顾溥、父亲顾仕隆，相继袭封镇远侯爵位，均有贤名。

顾寰于明世宗嘉靖七年（1528年）袭封父爵镇远侯，岁禄一千石。

嘉靖八年（1529年）六月，顾寰被任命为五军营右哨坐营官。

嘉靖十年（1531年）三月，兼领红盔将军侍卫。

嘉靖十二年（1533年）五月，世宗改命顾寰佥书左军都督府事，十多日后，又充任鼓勇营坐营官。七月，改为中军都督府佥书。

南都与漕政

嘉靖十四年（1535年）九月，顾寰出任南京守备兼掌南京中军都督府事。在南京时，他奉诏审定监狱案犯，平反冤狱甚多。

嘉靖十七年（1538年）四月，顾寰转任漕运总兵官，出镇淮安府。

嘉靖十八年（1539年），慈孝献皇后蒋氏的梓宫经水路被运往承天府（治今湖北钟祥），漕运船只为避梓宫南行，后又遇涨水阻挡，至十一月时竟有二千九百余艘被冻阻。而当时长江南北频生灾害，顾寰请求停运受灾地一年的漕运，改以折色交纳，剩下的输入太仓。一来免去船只运输，二来减轻受灾地的负担，使“兑运无亏，军民两便”。世宗允准，军民都为之称便。

嘉靖二十二年（1543年）九月，顾寰与漕运右副都御史张景华上奏陈述关于漕政的七事：

有司在交兑时不许擅自拘捕官军，以耽误粮运，应在运粮完毕后再知会漕司问理；运官运粮后，还有各衙门交砖席等事务，不能一并算为迟误日期。以粮米入仓之日为查参违限的日期；审编旗甲时，应选用与丁力相应的人户，呈报漕司。如果发生弃船、侵盗之类的事件，负责审编的官员亦应连坐；轻赍银待运至京师再赐给，遇到有用驳运，致使“船米贱折，临仓挂欠”的情况，今后应该由把总勘实动用后呈报；各仓交粮应该以刮铁收受。禁止“约军斗人等”，不许高下其手以及额外聚敛，导致粮米亏损；原规定每廒仓上交六千领席，多遭囤积腐朽。今后只许用三千领，跟随粮米交仓，其余的折银交库；运官有不法行为，在运粮完毕后由漕司告理，不许擅自前往别处衙门挟私诬告。

这些建议都被世宗采纳，并下诏施行。

同年十月，顾寰因为母亲年迈多病，请求辞官归养，世宗不允。

顾寰对漕政的整改，触犯了一些人（漕蠹者）的利益。他们散布流言，使顾寰于嘉靖二十三年（1544年）遭给事中王交弹劾为“索漕粮常例，怨言腾沸”、“贪污不职，受赃以万计”。世宗一面命取顾寰回京听勘，一面派巡按御史按验，认为所劾不实，遂于次年九月下诏将其赦免。

嘉靖二十六年（1547年）五月，顾寰留京任右军都督府佥书。闰九月，改任神机营坐营官。

嘉靖二十七年（1548年）十二月，顾寰第二次出任提督漕运总兵官，仍兼镇淮安。

著绩两广

嘉靖二十九年（1550年）七月，因安南国（越南语：An Nam quốc，今越南）发生动乱，世宗令顾寰挂印为两广总兵官。

莫朝（越南语：Nhà Mạc）皇帝莫福海去世时，其子莫宏瀷年幼，莫朝权臣阮敬与族人莫正中交兵，莫正中逃往钦州。当时朝臣中有人建议世宗乘隙攻取安南。顾寰在与提督两广军务的侍郎周延商议后，请求朝廷令莫宏瀷袭任安南都统使，安南局势遂定。

其后，顾寰又与提督两广军务、侍郎应槚派兵征讨桂林、平乐瑶、獞民的叛乱，至嘉靖三十二年（1553年）十月方成功，共擒斩叛军四百八十四人，俘虏三百四十四人，缴获牛马、器械颇多。顾寰时已离任，仍获朝廷赏赐。

淮安御倭

嘉靖三十一年（1552年）十月，顾寰第三次出任漕运总兵官。

嘉靖三十三年（1554年）三月至五月间，顾寰与漕运侍郎郑晓有抵御倭寇之功，二人均获朝廷赏赐。

总督京营

嘉靖三十三年（1554年）八月，庚戌之变爆发，京师震恐。世宗在鞑靼俺答汗撤退后开始加强防御措施，改十二团营为三大营，合三大营为戎政府。十二月，顾寰入京，奉命总督京营戎政。

嘉靖三十四年（1555年）正月，顾寰与工部尚书吴鹏奉诏阅视、修理在此前兵乱中被破坏的山陵、桥梁、墙垣诸工程。五月，顾寰认为：京营兵一遇歇操月份，便难以聚集。不如留五军营兵四万人，分为四班，每月留一班轮流驻京，以便在紧急时调用。世宗允准。

此前，兵科给事中游震得等建议根据大小卫所次序分配诸卫兵至京营，让一卫专属一营，便于管理。顾寰驳议认为：五军每营都挑选锐卒为强、弱二等备兵，如果要按顺序调整，一时难以改正。也不便于之后的秋防，将使将士无法适应，且士卒强弱混淆。世宗遂下诏恢复旧制。

嘉靖三十八年（1559年）六月，顾寰建议在京营备兵中选取二千人，补入总督标下军中，共六千人，分为两营，增设一员将领统率，便于轮操。世宗允准。八月，顾寰奏陈营务四事：

在此年八月至十月间，将在外参与工程建设的京军调回原营，加以整顿操练；外卫秋班的官军，先期让他们赶赴工程量较大的施工建设；京营备兵调回的马匹，如果无用的转兑给听征官军；京营官军原有的老弱马匹依例变卖，以节省草料。

世宗览奏，仍同意施行。

嘉靖四十一年（1562年）三月，世宗因万寿宫修成，加授顾寰为太子太保。五月间，兵部覆议顾寰及巡视京营、都给事中陈瓒对京营的九条建言：

选正兵以肃营伍：鉴于营军距离上次选汰已久，日渐冗滥，应定期挑选正兵，替换老弱不堪者，以整肃营伍；慎选官以听补阙：根据资历，依次在各营中择取号头、把总等官的人选，以杜绝攀附拉拢的陋习；顺营卫以稽月粮：每营、每卫各置一簿籍，各营、卫据此支付粮饷，方便稽查；倡勇敢以振兵威：每营挑选“武艺精强者”为一等，在秋操时支粮六斗。以“武艺未闲而力可教习者”为二等，支粮三斗。以示激劝之意；恤马政以完桩银：倒损马匹者，“第令追纳桩银”，停免“一切比较挂号，并年终参奏”，以示优恤之意；免拘系以飬士气：官军在营中有不当事，又被出派民差。如果有事牵连，在官不属情况严重的，所司不得一概拘捕，耽误差遣。饬营伍以便操练：按京营惯例，从通州新、旧二部游兵中选出三千人，设千总等官统领，仍听佐击将军管束，其余都归属兵营；明查参以正事体：给事中管理巡捕，致使年终查参时只查京营而不及巡捕。应该恢复“巡视京营科道官负责参治京营、巡捕倒损马匹”的旧制，将巡捕事交属兵部主事，不必再派差遣。给事中参奏倒损马匹，“并隶之于京营”。巡视科道官恢复旧规，以一年为期，不拘泥成规，只以才能为判定标准，又“敕书不必坐名”，以达到“重王言、省烦渎”的效果。

世宗览奏，命如众人所议施行。

勋臣耆德

后来，顾寰第四次总督漕运，镇守淮安。之后被召还朝廷，遂借机告老请辞。

隆庆五年（1571年）二月，明穆宗特别起授顾寰为京营总督，不久后，他又上疏请辞。

明神宗嗣位后，再次起复顾寰，令其在京掌左军都督府事。

致仕及逝世

万历七年（1579年）六月，顾寰致仕，获加官为少保。

万历九年（1581年）十二月甲午日（12月29日），顾寰逝世，享年七十九岁。神宗闻讯震悼，为之辍朝一日，赐祭十六坛，追赠他为太保（一作太傅），谥号“荣僖”。