湖南宁乡县石潭乡人。字海门，一字凯伦，1851年生，生负奇气，身材魁伟，勇武有力，名重一时。时当太平天国起义军攻克南京，改南京为天京，作为都城。汤殿恒之伯父汤龙岗素怀反清之志，且暗中与太平军联络，欲遂其颠覆清廷之夙愿。其时汤龙岗因为仗义直言，与乡绅土豪结怨，当地豪绅便乘机以汤龙岗谋反向官府告密，遂为清吏捕杀，全家逃散。其子汤达孚逃至南京，改名易姓，加入了太平军朱衣点部，带兵数万，骁勇善战，屡战克捷。汤殿恒投奔其堂兄属下，参加太平军。他娴习战事，勇猛异常，是其堂兄汤达孚的得力助手。
　　1864年，太平天国运动失败，汤殿恒只身逃脱，随其兄汤寿吾避走甘肃，复至宁夏。武庠镇军谭冠英见其质朴勇猛，“罗致麾下。”“角弓马，游武庠”，谙习军事。复由其堂兄汤达孚“介绍入湘军”。
　　1876年3月，汤殿恒随左宗棠大军出嘉峪关，战无不捷，所向披靡，迅速收复北疆大部分领土。1877年春，清军乘胜进军南疆，在达坂城、托克逊、吐鲁番等地初战告捷，回疆底定，于1884年改置行省，从而彻底粉碎了英、俄侵略者扶植阿古柏政权的分裂割据阴谋。在收复祖国西北边陲领土的斗争中，汤殿恒勇猛杀敌，屡立战功，其功不可没矣!汤殿恒“论功宜在前列，而军吏抑之”。但他淡泊名利，不以为意，考虑到“离家久，思念父母切，乃告假归家，居数年，母殁，服阕始复出，再抵回疆，距旧游时已八年矣。”旧时同僚大多身居高位，然而他却无官无职，“独默然静守而已”。
　　1894年，新疆河湟地区发生叛乱，董福祥奉命率军进剿。汤殿恒开始在董福祥部下负责解运粮饷事宜，他从迪化（今乌鲁木齐）出发，出古城，走草地，冒着风雪，昼夜兼程。时朔风怒号，沙漠万里，旷无居人，饥寒交迫，但他克服重重困难，挟铁骑横驱倍道兼程，“数十日而达，人诧为神”。嗣因平叛急需，汤殿恒始募湘军一旅，“转战西宁，数著战功。时董福祥之甘军与湘军积忤，君悒悒不得伸，董军无纪律，将卒骄横，君叹曰：‘乱天下者必董军也’。”
　　1901年辛丑条约签订后，中国社会完全沦为半殖民地半封建社会，清政府已经成为“洋人的朝廷”，帝国主义掀起了瓜分中国的狂潮，边疆危机进一步加剧。汤殿恒重振军旅，端返新疆。他带兵纪律严明，秋毫无犯，而又爱兵如子，“每罚一人，挞一卒，累日不怡”。他曾督率马队，七克胜木古楼兰故国，威惠远闻，回部咸服。立功边塞，以战功累官至头品顶戴，记名提督，诰授光禄大夫，加彦勇巴图鲁勇名号，历任喀什噶尔提标新右营游击，升补和阗营参将，又转喀什噶尔提标中军参将，“久任边陲，宽猛相济，军民和协，倚若长城”。
　　1911年10月10日，武昌首义，各省纷起响应。新疆僻处塞外，风气闭塞，“顽梗如故”。宁乡人黄钺起兵秦州（今天水），曾托同乡刘先俊暗中送密函于汤殿恒，嘱其响应。汤殿恒即用尽其私财，购买枪炮子弹，部署士卒，克期举事。刘先俊暗中在新疆迪化（今乌鲁木齐）发动起义，讵料事机不密，仓促起事，事泄失败，刘先俊不幸遇害。时任新疆巡抚袁大化穷凶极恶，血洗迪化，起义志士143人被杀。湘人大愤，贺家栋、杨缵绪等遂率军起义于伊犁，兵不血刃，连克九城，改设军政府，举蒙古人广福为都督，并贻书袁大化，劝其赞同共和，袁顽冥不化，遣兵来攻。义军东进，遇袁大化之军于沙泉子四颗树之野，双方激战，久持不下，伤亡惨重。义军以饷竭兵绌为虑，而袁大化挟全省之财力，广征军队，更番来攻，复欲遣骑兵途经阿克苏踰大坂以袭伊犁，此时，伊犁危在旦夕。时军政府外交司成本璞献策“今敌方挟全胜之势以攻我，若旷日持久，我且坐困，然彼之财赋全在南疆，使南疆能独立，饷源断绝，迪化势将束手待毙，必有变起心腹者，彼自保且不暇，安能攻我乎。”贺家栋、杨缵绪深以为然，乃暗遣侦探焦述恩、侯光德等间道出俄境以达喀什噶尔，游说提督焦大聚起兵反正，焦乃庸弩无为之人，惧不敢应。是时，汤殿恒既痛同乡刘先俊等之惨遭屠戮，又重念太平天国之往事，百感交集，奋然拔剑而起，拍案对在座同仁说：“汉族光复，此其时矣。”他念及与提督焦大聚有袍泽之谊，且为减少牺牲，遂先向焦晓以革命大义，劝其翻然改悔，冀弥干戈，而焦大聚傲然不应。是时，侯光德自北京返疆，密告兵备道袁鸿佑，力陈东南革命军之浩荡声势，新疆革命时机已经成熟，劝其顺应时代潮流，举兵反正，不宜逆潮流而动，而成为历史的罪人。袁鸿佑大受感动，毅然决定举兵反正。袁鸿佑久处边陲，威望远远高出袁大化。汤殿恒获悉袁鸿佑有反正之意，乃深相结纳。焦大聚深为忌恨，旋将汤殿恒撤职。汤殿恒抢先一步，以参将兼领一营，悬旗剪发，宣告独立，并致电临时政府，推举袁鸿佑为都督。劝谕当地百姓及士兵，一律剪发反正，以作共和国之国民，欢声雷动，南疆底定。袁大化知大势已去，仓皇逃遁，袁鸿佑遂为新疆之都督。于是迪化与伊犁之战事乃解，新疆南北宣告统一，汤殿恒功不可没。焦大聚耻居袁鸿佑之下，尤其对汤殿恒恨之入骨，必欲置之死地而后快。汤殿恒早有觉察，乃自请辞职谋归故里。1912年3月20日，焦大聚提前行动，命其部下先杀袁鸿佑于行署，随即派走卒陈得功、边有福率兵追杀汤殿恒。汤此时正在同乡友人张应堂家，整装将欲启程，手无寸铁，焦大聚遣数十骑持刃而合围。汤殿恒见状，自知不免于死，叹曰：“吾为共和死，夫复何恨”，神色不稍变，遂被害，张应堂全家老小亦惨遭杀害。汤遇害时，年61岁，闻者莫不痛恨焦大聚之凶残，感叹顽固守旧派之险恶。汤殿恒等革命志士遇害后，人们纷纷自发前往悼念，疏勒著素，寒沙蔽日，灵泉为之呜咽，草木亦为之含悲。
　　随后，新疆省都督杨增新、喀什噶尔道王炳堃均代表北京政府予以抚恤，并将汤殿恒之事迹采入国史馆，入祀烈士祠，以示褒奖。汤殿恒之夫人谭氏携稚子匍匐归里，其子汤成彦闻耗痛不欲生，泣询本末，奔走省垣，哭诉政府，湖南省都督谭延闿命给费抚恤予以厚葬。是年秋，旅榇扶归，安葬于宁乡县石潭乡潇湘湾后山之阳。李葆衡为其作墓表云：
　　“西儒有论，天赋人权。惟我亚东，帝胄擅专。诞我烈士，迈迹前贤。况有欧美，潮流及焉。风扬岳鄂，渐被邻边。噶道同计，乾坤转旋。五族共和，清满改弦。痛我烈土，国报躯捐。上下哀悼，锡厥明禋。历史荣光，胜十百千。旅榇归来，灵护山川。坟封马鬣，吉卜牛眠。父忠子孝，流芳万年。表枫丽锦，老柏横烟。烈士之魂，鹤化何年。烈士之裔，螽羽蝉联。宁土一抔，亦陇岗阡。”
　　湖北著名革命党人刘静庵亦为其写有墓志铭，铭曰：
　　“系昔东瓯，去元就明。艰披秽扫，行洁名成。君起参将，诞追其踪。虎啸龙睇，侠义从容。佛说度世，身其可舍。猛气横厉，清风激楚。景令光复，西戎丕叙。死重泰山，热藏原土。英英冢君，齿妙神全。文蔚潘陆，志爵渊骞。冥心元化，迎精大图。以迁以附，依依万年。忠欤孝欤，人纲人纪。陵谷可秽，芳型不毁。刊石勒词，樆晖图微。上讯三光，下诏无止。”
　　汤殿恒遇难后，其子汤成彦因悲痛过度，亦咯血而死。时年仅25岁，成彦之妻名杨金秀，育有子女各二，长子名汤堃，次子名汤光。均能继承先烈遗志，学有专长。