后进领袖
裴秀出身于著名士族“河东裴氏”，他的祖父裴茂、父亲裴潜，分别在东汉和曹魏官至尚书令。
裴秀自幼便好学，有风度和良好的品德，八岁时就会写文章。他的叔父裴徽，在当时名望很高，家中常有很多宾客来往。有些宾客在来拜见裴徽之后，还要到裴秀那里交谈，听听他的想法，裴秀当时才十几岁。但裴秀的生母的出身微贱，裴秀的嫡母宣氏对她无礼，曾让她给客人端饭菜，客人见她后都站起来致礼。裴秀的母亲说：“我这样微贱，客人致礼应当是为小儿的缘故啊。”宣氏知道此事后，就不再轻视她了。当时人们作谚语称赞裴秀道：“后进领袖有裴秀。”
初入仕途
后来，度辽将军毌丘俭将裴秀推荐给大将军曹爽，称赞他说：“生而聪慧，长大后崇尚自然，虚静守真，性入深奥之道，博学强记，无文不通，孝敬尊长，友善兄弟，美名著于乡里，高声闻于远近。确实应为圣明天子的辅臣，登三公之位，参赞于大府，功德昭化天下。不只是子奇、甘罗这一类的人物，兼有颜回、冉求、子游、子夏的美德。”曹爽于是召裴秀为自己的掾属。
正始五年（244年），裴潜去世，裴秀世袭父爵清阳亭侯，又迁为黄门侍郎。
出谋献策
正始十年（249年），司马懿发动高平陵之变，曹爽被杀，裴秀因为是曹爽的故吏而被免职。不久后，又被任命为廷尉正，在司马昭任安东将军及卫将军时都担任他的司马，参与谋划军国之政，大多都得到信任而被采纳。后迁任散骑常侍。
当时魏帝曹髦好学有文才，多次请裴秀及王沈到东堂一起讲解谈论学问，切磋文章，称王沈为文籍先生、裴秀为儒林文人。
甘露二年（257年），诸葛诞据寿春发动叛乱（即淮南三叛最后一叛），司马昭亲自率军讨伐，裴秀与尚书仆射陈泰、黄门侍郎钟会从征，参与谋划策略。
甘露三年（258年），叛乱被平定后，裴秀转任尚书，进封为鲁阳乡侯，增加食邑一千户。
甘露五年（260年），司马昭立常道乡公曹奂为帝（魏元帝），裴秀因参与谋立定策，进爵为鲁阳县侯，增加食邑七百户，又迁任尚书仆射。
咸熙元年（264年），朝廷下诏审查改革各种法律制度。当时荀顗负责制定礼仪、贾充负责订正法律，而裴秀则负责修改官制。裴秀建议恢复五等爵制，于是自骑督以上的六百多人都受封爵位。裴秀被封为济川侯，封地六十里，食邑一千四百户，以高苑县的济川墟为侯国所在地。
佐命之臣
当初，司马昭未定世子人选时，有意立舞阳侯司马攸为世子。司马炎害怕自己无法被立为世子，于是询问裴秀说：“人有贵贱之相吗？”并把自己身上奇异的标记给裴秀看，借此拉拢裴秀。裴秀后来便对司马昭说：“中抚军（指司马炎）在世人中有德望，又有这样天生的标记，一定不是为人臣的相貌啊！”自此才定司马炎为世子。
咸熙二年（265年），司马炎即晋王位后，拜裴秀为尚书令、右光禄大夫，与御史大夫王沈、卫将军贾充一同开府辟召掾属，并加职给事中。
泰始元年（266年），司马炎代魏建立西晋，即晋武帝。西晋建立后，裴秀被加任左光禄大夫，被封为钜鹿郡公，食邑三千户。
当时安远护军郝诩给故人写信说：“我与尚书令裴秀交友，是要从他那里得到好处。”有关部门上奏请求免去裴秀之职，司马炎下诏包庇裴秀说：“一般人不能使别人不对自己指责诬陷，古人也难于做到这一点。在人事交往上，郝诩是有过错的，尚书令怎能防范呢？不要追究他的责任了。”司隶校尉李憙又上奏说：“骑都尉刘尚替尚书令裴秀占用官家的稻田，应该禁止裴秀的这种做法。”司马炎又下诏认为裴秀辅助朝政，有功于王室，不能因为小毛病而掩盖他的功劳，于是命有关部门追究论定刘尚之罪，此事也就被禁止。
位列三司
泰始四年（268年），裴秀升任司空。裴秀精通儒学、多闻博识，又留心政事，在司马炎受禅的时候，汇聚群臣进言的要领，他所裁定的事，都不违犯礼。裴秀创制朝廷礼仪，陈列刑法，大多都被采纳应用，作为范例。他在位四年，被当世称为名公。
不幸去世
泰始七年（271年）三月初七（4月3日），裴秀在一次服用寒食散（即五石散）后误饮冷酒（食用寒食散后宜服热酒），而不幸逝世，终年四十八岁。他逝世后，司马炎下诏说：“司空聪敏而有德，举止儒雅，佐皇室而辅国政，功勋宏大。正准备依赖他阐释施行各种法制，为世人作出典范，但他不幸去世，朕甚为痛惜。现在赐给棺木、朝服一具、衣一套、钱三十万、布百匹，谥号元。”
当初，裴秀认为尚书属下的三十六曹，各部门所统的事务条例不明，应该让诸卿各任其职，但他的计划未及上奏就不幸逝世。裴秀的友人在整理他的书稿笔记时，得到一份上奏给武帝的章表，裴秀在其中建议司马炎尽早伐吴。友人将章表封好上呈司马炎，司马炎下诏回答说：“司空之死，让朕痛悼不已，又看到章表，司空尽管在危困时刻，还是不忘王室，尽忠忧国。朕看到后更加伤怀，应立即与诸贤商议此事。”
咸宁元年（275年），裴秀与石苞等都得以列名受祭。
裴秀在地图学上的主要贡献，在于他第一次明确建立了中国古代地图的绘制理论。他总结中国古代地图绘制的经验，在《禹贡地域图》序中提出了著名的具有划时代意义的制图理论“制图六体”。所谓“制图六体”就是绘制地图时必须遵守的六项原则，即：即分率（比例尺）、准望（方位）、道里（距离）、高下（地势起伏）、方邪（倾斜角度）、迂直（河流、道路的曲直），前三条讲的是比例尺、方位和路程距离，是最主要的普遍的绘图原则；后三条是因地形起伏变化而须考虑的问题。这六项原则是互相联系，互相制约的，它把制图学中的主要问题都接触到了。裴秀的制图六体对后世制图工作的影响是十分深远的，直到后来西方的地图投影方法在明末传入中国，中国的制图学才再一次革新。
裴秀在任司空时，因为自己的职位是地官，又认为《禹贡》中的山川地名，沿用久远，后世多有改变，解说者或牵强附会，渐渐混淆不清。于是采集甄别旧文，有疑的地方缺而不论，古代有其名而当今不用的地方，也都作出注解，作成《禹贡地域图》十八篇，上奏武帝，被收藏于秘府。图上古今地名相互对照，它不仅是当时最完备、最精详的地图，而且更重要的是它采用了科学的绘制方法。裴秀在图的前面写了序言，详细谈到了他绘制地图所运用的方法。这是一篇很有科学价值的珍贵文献，它体现了裴秀在制图理论上的卓越见解。这篇序言后来被保存在《晋书·裴秀传》及《艺文类聚》、《初学记》等文献里。
《禹贡地域图》流传的时间不长，《隋书·经籍志》已不见记载。然而在隋代也许还有某些残篇留存，但即使这样，后来还是失传了。对于《禹贡地域图》的内容，今人研究意见尚不一致。主要有两种意见，一种认为是以历代区域沿革图为主的历史地图集，共18幅图；一种认为不是历代的，而仅是西晋当代的地图集，18幅为晋初16个州的行政区图，加上吴国、蜀汉地图各一幅。
早在一千七百多年前，裴秀不仅已经认识到地在地图上表现实际地形的时候有哪些相互影响的因素，而且知道用比例尺和方位去加以校正的方法，这在地图发展史上是具有划时代意义的杰出成就。因此，可以把他称为中国科学地图学的创始人。李约瑟称他为“中国科学制图学之父”，部分西方学者认为他完全可以与古希腊著名地图学家托勒密相提并论。
据史书记载，裴秀还曾绘制一幅《地形方丈图》，一直流传了几百年，对后世地图学的发展有相当大有影响。大概在他以前不久，有人绘制了一幅《天下大图》，规模非常宠大，据说“用缣八十匹”，但这幅《天下大图》有不便携带、阅览和保存。裴秀于是运用制图六体的方法，“以一分为十里，一寸为百里”的比例尺（大约相当于一百八十万分之一）把它缩绘成《地形方丈图》，并且把名山、大川、城镇、乡村等各种地理要素清清楚楚地标示在图上，这样对于阅览也就更加方便。可见，裴秀已掌握了缩放技术。
