原名立袁，号南杰，艺名莲笔、兰客，笔名春柳、桃花不疑庵主。生于湖南省浏阳县的一个门第显赫的家庭。
1902年，十三岁到日本求学，曾在早稻田大学文科读书。在一次赈灾游艺会上，他看到了一群中国学生演出的《茶花女》，那是中国人第一次演话剧，激发了他的“演戏情结”。
1907年在东京加入春柳社，在该社第二次公演的剧目———也是中国第一部完整的话剧《黑奴吁天录》里扮演两个角色，从此与话剧结下了不解之缘。
当时，女性上台还很困难，舞台上的所有角色都由一群大男人扮演。欧阳予倩相貌俊俏，身材苗条，扮演女孩子最合适不过了。从日本回国后，欧阳予倩到上海与朋友们组织了“新剧同志会”，正式登台演出，跑码头唱戏。为了演好不同的女性角色，他每天到火车站观察女人的步态、表情，进而仔细研究，为此还遭到嘲讽。
事实上，早在1906年起，他不顾家庭反对，投拜名师，不仅演“文明戏”，还开始演京剧。他的眼睛有些近视，为了使眼神灵活，他每天早上用盐水洗眼睛。粉墨春秋十四载，他经常与周信芳、盖叫天等同台演出。
1916年起，致力于传统戏曲的继承和改革工作，参加京剧演出达15年，先后编演了《黛玉葬花》、《晴补裘》、《人面桃花》等京剧。当时与梅兰芳齐名，曾有“南欧北梅”之誉。后来他到南通办京剧学校时，梅兰芳曾应邀前去那里演出，当地专门在郊外建了一座牌楼迎接,取名为“候亭”;还在剧场前台辟了一间小亭,名为“梅欧阁”。亭上书有对联:“南派北派汇通处，宛陵庐陵今古人。”以此纪念梅兰芳与欧阳子倩相会。欧阳子倩不仅是一个好演员，还是一个优秀的剧作家，他演出的许多戏都是自己编写的，其中仅自编自演的京戏剧目就有二十来个。
1926年，欧阳予倩加入民新影业公司，编导了《三年以后》、《天涯歌女》等电影，后来重新返回戏剧舞台，曾经和周信芳等人演出了他自己编写的京剧《潘金莲》，这是他自编自演的最后一个戏。之后他便终止了演出生涯，把精力转移到戏剧教育事业上。他曾主办中国最早的培养京剧演员的新型学校——南通涓工学社，后又开办广东戏剧研究所,还与田汉等人组织了“南国社”。抗战中他先后创作了弘扬民族精神的《梁红玉》、《桃花扇》《木兰从军》等剧作。
1934年欧阳予倩回到上海，应新华影业公司之邀，他编导第一部有声片《新桃花扇》，由于台词出彩，引起广大知识分子的共鸣。
1938年他为华成影片公司编写了《木兰从军》这一电影剧本，成为他电影创作时期最具代表性的一部作品。
抗战胜利后，欧阳子倩从桂林回到上海，靠卖稿度日，在上海实验戏剧学校兼课。1946年12月，欧阳予倩参加新中国剧社赴台湾演出，由他导演《郑成功》、《日出》以及他创作的话剧《桃花扇》轰动台北，成为台湾戏剧史上的一大盛事。
1949年全国解放后，欧阳子倩自香港回到北京，致力于教育工作，先后担任中央戏剧学院院长，中央实验话剧院院长等职务。
1957年,为了纪念中国话剧五十周年而创作了《黑奴恨》，该剧可称他的压轴之作。欧阳子倩一生创作话剧21部，戏曲27部，是中国话剧史上难得的集演员、导演、剧作家、戏剧教育家于一身的全才。欧阳予倩是当之无愧的中国话剧奠基人之一，从演文明戏开始戏剧生涯的他，把一生都献给了中国现代戏剧事业。他的著作，除《欧阳予倩选集》外，还有回忆录《自我演戏以来》、评论集《一得余抄》《话剧、新歌剧与中国戏剧艺术传统》等。
欧阳予倩曾任中央戏剧学院院长、中国戏剧家协会副主席、中国文学艺术界联合会副主席、中国舞蹈家协会副主席等职。当选为中国人民政治协商会议第一届全国委员会委员，第一、二届全国人民代表大会代表。
现安葬于北京八宝山革命公墓第一墓区。
