早年经历

裴炎生性宽厚，不苟言笑，后进入弘文馆就读。他勤奋好学，同学出外游玩时，仍苦读不辍，并以学业未精为由，拒绝官府的征辟。 

裴炎在弘文馆苦学十年，精研《左传》，后参加科举，考中明经科，被授为濮州司仓参军，历任御史、起居舍人，累迁至黄门侍郎。 

担任宰相

680年（调露二年），裴炎升任同中书门下三品，成为宰相，后进拜侍中。682年（永淳元年），唐高宗前往东都洛阳，命裴炎留守长安，辅佐皇太子李显。 

683年（永淳二年），唐高宗病重，李显赴洛阳监国，命裴炎与刘齐贤、郭正一在东宫处理政务。十二月，高宗去世，李显即位，是为唐中宗，任命裴炎为中书令。 

684年（光宅元年）正月，唐中宗打算封岳父韦玄贞为侍中，又欲任命乳母之子为五品官。裴炎对此极力反对，中宗负气道：“我就算把国家让给韦玄贞都没什么，何况区区一个侍中。”裴炎非常恐惧，便禀告太后武则天，决定废黜皇帝。武则天命裴炎与中书侍郎刘祎之、羽林将军程务挺、张虔勖率军入宫，宣布废黜皇帝的懿旨，然后扶中宗下殿。中宗道：“我有什么罪过？”武则天道：“你欲把天下让给韦玄贞，怎能说无罪！”于是废中宗为庐陵王，改立豫王李旦为帝，是为唐睿宗。裴炎因定策之功，被封为河东县侯。 

反对武氏

当时，唐睿宗虽是皇帝，朝廷大权仍掌握在武则天手中。武承嗣请求立武氏七庙，并追封祖先为王。裴炎进谏道：“太后母仪天下，不应偏私于亲属。难道太后忘记吕氏的败亡吗？”武则天道：“吕后将权力交给生者，因此失败。现在我追尊死者，有什么损害呢？”裴炎道：“应当防微杜渐。”武则天很不高兴，虽未立七庙，仍追尊父祖为王。裴炎也因此得罪武则天。 

后来，武承嗣认为韩王李元嘉、鲁王李灵夔是皇帝叔祖，地位崇高，便劝武则天借故将其诛杀。武则天询问宰相的意见，刘祎之、韦思谦都一言不发，只有裴炎极力反对。武则天对此更不高兴。 

被杀

同年九月，徐敬业在扬州起兵反武。裴炎趁机道：“天子已经成人，却没有亲政，才让小人有造反的借口。如果把朝政还给天子，叛军不用讨伐便会解散。”御史崔詧道：“裴炎是顾命大臣，听到叛乱，却不愿征讨，只是让太后还政，一定是有异心。”武则天于是将裴炎关入诏狱，命御史大夫骞味道、御史鱼承晔审问。 

裴炎入狱后，不肯委曲求全，道：“宰相入狱，哪有能保全的道理！”凤阁侍郎胡元范对武则天道：“裴炎是社稷之臣，有功于国，忠于皇帝，天下皆知，我敢证明他不会谋反。”纳言刘齐贤、左卫率蒋俨都为裴炎辩护。武则天道：“裴炎有造反的意图，只是你们不知道而已。”胡元范、刘齐贤都道：“如果裴炎所为是造反，那我们也是造反。”武则天道：“朕知道裴炎造反，你们不是造反。” 

不久，裴炎被斩杀在洛阳都亭。他对兄弟们道：“你们的官职都是自己取得的，我没出什么力，现在却因我而被流放，岂不令人悲痛！” 裴炎死后，为他申辩过的官员相继获罪。宰相刘齐贤被贬为吉州（在今江西）长史，胡元范被流放琼州（今海南），郭待举贬为岳州（在今湖南）刺史，程务挺也被斩杀于军中。 

710年（景云元年），唐睿宗复位，追赠裴炎为太尉、益州大都督，谥号为忠。 

裴行俭征讨突厥时，曾许诺投降不杀，阿史那伏念等人因此投降唐军。不料，裴炎却嫉妒裴行俭的功劳，以“窘急而降”为由，将阿史那伏念等五十四人斩于都市。裴炎斩杀降将，使国家丧失信誉，后来被杀，人们都认为是阴祸的报应。 

刘素：炎居中执权，亲授顾托，未尽匡救之节，遽行伊霍之谋，神器假人，为兽傅翼，其不免也宜哉！ 

刘昫：裴炎位居相辅，时属艰难，历览前踪，非无忠节。但见迟而虑浅，又遭命以会时。何者，当是时，高宗晏驾尚新，武氏革命未见，炎也唯虑中宗之过失，是其浅也；不见太后之苞藏，是其迟也。及乎承嗣请封祖祢，三思劝杀宗亲，然后徒有谏章，何尝济事，是辜遗托，岂痛伏诛。时论则然，迟浅须信。况闻睹构逆则示其闲暇，俾杀降则彰彼猜嫌，小数有余，大度何足，又其验也。 

宋祁：异乎，炎之暗于几也！知中宗之不君，不知武后之盗朝，假虎翼而责其搏人，死固宜哉！ 

张燧：母后临朝，如吕氏、武则天，此国家大变也。王陵、裴炎迎祸乱之锋，欲以一言折之，故不废则死。陈平、狄仁杰待其已衰而徐正之，故身与国俱全。 

蔡东藩：中宗欲以天下与韦玄贞，无非是一恨语，不得作为实谈，裴炎果忠于事君，何妨委曲调护，今日不从，期诸他日，讵必急白太后，密谋废立耶？炎只知有武氏，不知有中宗，而其后卒为诸武所倾，枭首都亭，是何若强谏中宗，誓死廷前之为愈也。