先世本女真人，居佟佳，以地为氏。明朝初年，有个叫达尔哈齐（佟答剌哈）的人进入明朝为商，自开原徙抚顺，遂定居于明，是为佟养性之祖先。佟养性祖父为佟惠，关于其父的名字有不同说法，《抚顺地方满族佟佳氏佟氏世系谱牒》记载为佟迈；《八旗满洲氏族通谱》记载为佟科。

佟养性本为抚顺的商人，其家族与建州女真酋长努尔哈赤过从甚密，族中有一女嫁努尔哈赤为妻（佟佳·哈哈纳扎青）。早在努尔哈赤尚未立国之时，佟养性便图谋投靠他，却被明朝官吏发觉，将其下狱，辽东巡抚郭光复为控制努尔哈赤，故意释放佟养性，让他去建州女真充当间谍，这是万历四十二年（1614年）的事。

努尔哈赤建立后金，并于天命三年（1618年）起兵攻明，占领抚顺。此时佟养性不但不是为明朝服务的间谍，反而对努尔哈赤忠心耿耿，引导其堂兄佟养真和全族归顺后金。努尔哈赤将孙女（阿拜之女）嫁给佟养性，称号“施吾理额驸”，授三等男；而明朝则将他与李永芳相提并论为两个头等叛徒（在三顺王登场之前）。

天命六年（1621年），佟养性从军克沈阳、拔辽阳，叙功晋二等子，命为总兵官。

天聪五年（1631年），授汉军都统（乌真超哈固山额真），总理汉人官民事务，监铸红夷炮四十门（名为“天祐助威上将军”），为后金火炮之始。八月，在与明朝的大凌河之战中，佟养性所率炮营屡立奇功。

天聪六年（1632年），皇太极于城北演武场阅兵，其率所部试炮，披甲列阵，军容严整，治军有方，深得赞许。四月，皇太极亲率大军讨伐察哈尔，命佟养性与贝勒阿巴泰、杜度，大臣扬古利、伊尔登留守。

《清史稿》记载佟养性于天聪六年（1632年）七月病卒，然而佟养性不仅在天聪七年元旦时还列名参与朝贺，而且在同年正月初七日亦曾与马光远合奏，可知他并非死于天聪六年。天聪七年（1633年）七月初一日，皇太极命满洲各户有汉人十丁者授绵甲一，共1580丁，交付“汉军额真”马光远和石廷柱，以分补旧甲喇之缺额，从此在汉军负责人乃至整个后金的记录中再也见不到佟养性的名字，故推测佟养性在此之前或已去世。

顺治十三年（1656年），追谥勤惠。