梁寒操自幼聪明好学，有“高要才子”之称。四岁从父识字，六岁能代人写春联、招牌。
12岁考入肇庆府中学堂就读4年，每试名列榜首。16岁时父去世后，赴江门明德小学当教员。
民国5年（1916年）加入中华革命党，参加讨袁。
民国7年进广东高等师范学校、上海沪江大学读书，毕业后任广州培正中学教员，加入国民党，翌年被选为国民党广州东山区委兼青年部干事。
民国14年6月，在国民政府秘书处工作兼宣传员。任养成所、国民大学、政法专门学校、高等警官学校三民主义讲师。
投身政界，1927年任中国国民党中央党部书记长，参与屠杀共产党人和进步人士，民国20年冬当选为中国国民党第四届中央执行委员兼宣传委员。后调任铁道部参事司长、民国22年任国民政府立法委员兼秘书长。并任国民党中央执行委员中央常务委员、三民主义青年团中央团部常务干事。
民国25年兼任中国国民党中央政治会议委员。次年2月与宋庆龄、何香凝、冯玉祥等提出以恢复孙中山“三大政策”为内容，重建国共合作，共同抗日的提案。
抗战期间，民国28年担任蒋介石国民政府军事委员会桂林行营政治部中将主任。
民国29年任军事委员会总政治部中将副部长（部长周恩来）兼任中国远征军政治部主任。
民国32年10月任中国国民党五届中央宣传部长。
民国34年任防国最高委员会副秘书长、民国36年兼任国民党三民主义理论委员会主任委员。
1947年当选“国大代表”及“立法委员”。
1949年从广州去香港，后赴台湾，专力党化文宣理论工作，历任台湾《中华日报》社董事长、“中国广播公司”董事长、中国国民党中央评议委员、“中美文化经济协会”理事长等职。
1972年退休。1975年应聘“总统府国策顾问”。任教于香港新亚书院、革命实践研究院、东吴大学，并从事三民主义研究。
1975年2月26日病逝于台北。梁寒操是余汉谋的小学同学，也搬到北投与其邻居，两位肇庆老乡朝夕相处，结为莫逆。1975年，梁氏因心脏病发猝死，余汉谋黯然神伤。