湖南善化县（今长沙县）人。字鹿门，一字麓云，生于道光三十年十一月十四日（1850年12月17日）。12岁补县学生员。光绪九年（1883）举人。以后多次参加会试皆落第，绝意科举，潜心讲学著述。因景仰西汉《尚书》今文学大师伏生，署所居名师伏堂，学者称为师伏先生。十七年任湖南桂阳州龙潭书院讲席。两年后任江西南昌经训书院讲席。
光绪四年，左宗棠平定新疆后，皮锡瑞认为新疆是俄国垂涎之地，主张屯田，巩固边防。九年，日本占领琉球、法国占据安南东京（今越南河内）后不久，他代好友云贵总督署任职的王怀钦作疏，请求政府收复琉球，援救安南，积极抵御外国侵略者。中日甲午战争后，他对签订《马关条约》极为愤慨。又先后读到康有为《新学伪经考》和郑观应《盛世危言》等著作，受到影响，开始倾向变法。认为当务之急“宜先靖内乱，严惩贿赂，刻绳赃吏，责帅以法，实事求是。且必先改宋明陋习。不必皆从西俗”。在光绪二十二年（1886）给黄鹿泉信中，极言变法不可缓，指出“中国局势如同病入膏盲，欲学医以治之，亦恐缓不济急，况尚有沮之者！”
维新运动兴起以后，光绪二十三年（1897），皮锡瑞从江西回湘探亲，应熊希龄等人邀请，留湘赞助新政。次年春，在南学会主讲学术，指出“中国微弱，四夷交侵，时事岌岌可危”，政府当局应“深知变通以开民智，求人才为急务”，众人讲求“有体有用之学”，匡济时艰。他共讲演12次，自称“其大旨在发明圣教之大，开通汉宋门户之见；次则变法开智，破除守旧拘挛之习”。因其所讲，能贯穿汉宋，融合中西，沟通时事，深受听众欢迎。其讲义及问答，都刊登在《湘报》上。其子嘉祐又作《醒世歌》，有云“若把地球来参详，中国并不在中央。地球本是浑圆物，谁居中央谁四旁”？南学会一些讲演，受到顽固派的诋毁攻击，王先谦、叶德辉等在《湘绅公呈》中尤指名说：“虽以谨厚如皮锡瑞亦被煽惑，形之论说，重遭诟病”。而皮锡瑞却态度自若说：“明知而不避者，以时急如救焚拯溺，即焦毛、濡手足，所不辞也。”曾往复辩论，驳斥叶德辉等所谓“附异端”、“悖正学”之说。四月，仍回南昌经训书院，继续宣传维新变法。不久，南学会停讲，他写信给陈宝箴和熊希龄等说：“宜以坚忍镇定待之”。五月，江西高安邹殿书创办经济学堂，设立励志学会。他应邀讲学，又为江西顽固派所嫉。
光绪二十四年八月初六日（1898年9月21日），戊戍政变发生，谭嗣同等六君子惨遭杀害。江西顽固派御史徐道焜等劾奏皮锡瑞“离经畔道，于康有为之说心悦诚服”。翌年正月，清廷着江西巡抚将皮锡瑞驱逐回籍。又敕湖南巡抚将其革除科名，交地方官严加管束。此后皮锡瑞长期从事教学，历任湖南高等师范馆、中路师范、长沙府中学堂讲席，学务公所图书课长及长沙定王台图书馆纂修等职。
皮锡瑞博贯群经，创通大义，今文经学，造旨尤深。所著《五经通论》，胪列心得，示学人以途径；《经学历史》，尤为经学入门之作。主张解经当实事求是，不当党同妒真，对各家持论公允，为晚清经学大家之一。又工诗和骈文。所著《师伏堂集》，刊于光绪三十年（1904），多收青年时代作品，计有骈文4卷、诗6卷、咏史1卷、词1卷。又著有《尚书大传疏证》6卷及辑有《师伏堂丛书》、《师伏堂笔记》、《师伏堂日记》等。
光绪三十四年二月初四日（1908年3月6日），皮锡瑞去世，终年59岁。葬长沙南郊冯家冲。