周墀父周霈早逝，由母紡織勞作撫養成人。因此他對母親很孝順，又知刻苦用功，勤奮學習。

　　822年（長慶二年）他赴京科考，中進士，即留京城長安任職。835年（太和九年），累遷官至監察御史、起居郎。文宗皇帝很器重他，拜為集賢殿學士，轉考功員外郎。814年（會昌元年），武宗即位，周墀歷任華州（今陜西華縣）、鄂州（今湖北武昌）、洪州（今江西南昌）刺史、御史中丞、鄂州觀察使等職。其間，他檢舉刺史的不法行為，消滅橫行的大盜，出兵鎮守彭蠡湖，軍紀嚴明。847年（大中元年）任檢校禮部尚書、滑州刺史、義成軍節度使、鄭滑觀察使等職。在此期間周墀行令更加嚴明，即便是有豐富經驗的老將，如有不遵循號令的行為，照例要受到鞭撻的懲罰，因此全軍大治。這事被朝廷知道后，封周墀為上柱國，食邑三百戶。848年（大中二年），因善于治軍，入朝任兵部侍郎。不久以本官與馬植同平章事（即宰相），監修國史。

　　周墀在朝屢進正直之言，以大公無私、直言敢諫、不避權貴、薦賢不避親仇著稱。后因議河湟（西戎）事，不合皇上旨意被罷相，改拜檢校刑部尚書，以御史大夫出任梓州（今四川三臺）刺史，兼劍南東川節度使。未及起程赴任，起居郎、駙馬都尉鄭顥向宣宗皇帝進諫：世人都稱周墀因直言為宰相，今又因直言免官，天下難服。周墀一去，以后朝中還有誰敢直言進諫。宣宗悔悟，追制改拜檢校尚書右仆射，加食邑五百戶。周墀59歲卒。