裴光庭雖然幼年喪父，但因母親厙狄氏深受武則天的寵信，得以累遷至太常丞。唐睿宗年間，裴光庭因是樑王武三思的女婿，被貶爲郢州司馬。
唐玄宗開元年間，裴光庭歷任右率府中郎將、司門郎中、兵部郎中。他沉默寡言，不善交遊，但工作嚴謹，受到時人的推崇。
開元十三年(725年)，唐玄宗到泰山封禪。中書令張說擔心夷狄會趁機入侵，欲加強邊防軍備。裴光庭表示反對，認爲有違封禪本意，會使封禪之舉名不副實。他道：“夷狄之中，突厥實力最強，也有與我大唐修好之意。若遣使赴突厥，讓其派人蔘加封禪之行，必會欣然從命。突厥若來，諸蕃君主必相繼而來。到時我們就算偃旗息鼓，也能高枕無憂。”張說採納了他的建議，並改任他爲鴻臚少卿。東封結束後，裴光庭升任兵部侍郎。
擔任宰相
開元十七年(729年)，裴光庭升任中書侍郎、同中書門下平章事，兼御史大夫，後又改任黃門侍郎。當時，宇文融因善於斂財，被罷去宰相之職。唐玄宗鑑於朝廷財政困難，對宰相道：“如今國庫用度不足，你們認爲應該怎麼辦?”裴光庭無言以對。他擔心宇文融被起用，便行使御史大夫職權，彈劾宇文融交遊朋黨，並稱其子貪贓受賄。宇文融最終被貶到平樂縣(在今廣西)。
開元十八年(730年)，裴光庭升任侍中，兼吏部尚書，並加弘文館學士。他撰寫《瑤山往則》、《維城前軌》各一卷，對玄宗加以諷諫。唐玄宗下詔褒獎，賜絹帛五百匹，並命皇太子李瑛在光順門接見裴光庭。裴光庭還引薦李融、張琪、司馬利賓等人入值弘文館，打算按照左傳的體制編寫《續春秋經傳》，並請玄宗撰經。但《續春秋經傳》最終未能完成。
開元十九年(731年)，吐蕃遣使入朝，以金城公主的名義求取《詩經》、《春秋》、《禮記》。祕書正字於休烈上疏反對：“東平王劉宇是漢成帝的親弟弟，他求取《史記》、《諸子》，成帝尚且不給，何況吐蕃是我大唐之仇敵。若授以經典，使其知用兵韜略，變得更加狡詐，會對中國不利。”唐玄宗與宰相商議，裴光庭道：“正因吐蕃愚昧頑固，方要賜以詩書，讓他們受到教化。於休烈在書籍之中只看到權略變詐，卻沒有看到忠信禮義。”唐玄宗遂將典籍賞賜吐蕃。
病逝任上
開元二十年(732年)，唐玄宗命裴光庭與中書令蕭嵩分統南衙左右廂兵。同年十一月，裴光庭隨唐玄宗祭祀后土，加授光祿大夫，封正平縣男。
開元二十一年(733年)，裴光庭病逝，時年五十八歲。唐玄宗廢朝三日，追贈他爲太師，命張九齡爲他撰寫神道碑文。太常博士孫琬建議給裴光庭定諡號爲克(一作克平)，但玄宗卻賜諡忠獻。
主要成就
裴光庭任相期間，提出了新的用人制度，以資歷作爲選拔人才的標準，稱爲“循資格”。
唐朝初年，吏部都以才能作爲選拔官吏的標準，有才能的破格提拔，沒有才能的只能長期擔任低職小吏，甚至有的人取得做官資格二十年之久也沒有得到任何官職。裴光庭拜相後，進獻《循資格》，提出選用各級官吏，以年資爲擢用官吏的條件，不論有無才能，資歷滿後就可升官。
《循資格》對於各種官職的任職年限和晉級方式都有嚴格規定，不得逾越，只要不犯錯誤，都會有升無降。這讓因才能平庸而長期得不到升遷的官員欣喜不已，紛紛稱其爲“聖書”，但才俊之士卻無不怨嘆。裴光庭去世後，“循資格”被中書令蕭嵩叫停，他所提拔的官吏也都被罷爲外職。
軼事典故
裴光庭擔任宰相時，兼任吏部尚書，讓門下主事閻麟之主掌選官事務。凡是閻麟之裁決的，裴光庭都會同意。時人都稱“麟之口，光庭手”，意思是說閻麟之一開口說出意見，裴光庭就會下筆批准。
