周墀父周霈早逝，由母纺织劳作抚养成人。因此他对母亲很孝顺，又知刻苦用功，勤奋学习。

　　822年（长庆二年）他赴京科考，中进士，即留京城长安任职。835年（太和九年），累迁官至监察御史、起居郎。文宗皇帝很器重他，拜为集贤殿学士，转考功员外郎。814年（会昌元年），武宗即位，周墀历任华州（今陕西华县）、鄂州（今湖北武昌）、洪州（今江西南昌）刺史、御史中丞、鄂州观察使等职。其间，他检举刺史的不法行为，消灭横行的大盗，出兵镇守彭蠡湖，军纪严明。847年（大中元年）任检校礼部尚书、滑州刺史、义成军节度使、郑滑观察使等职。在此期间周墀行令更加严明，即便是有丰富经验的老将，如有不遵循号令的行为，照例要受到鞭挞的惩罚，因此全军大治。这事被朝廷知道后，封周墀为上柱国，食邑三百户。848年（大中二年），因善于治军，入朝任兵部侍郎。不久以本官与马植同平章事（即宰相），监修国史。

　　周墀在朝屡进正直之言，以大公无私、直言敢谏、不避权贵、荐贤不避亲仇著称。后因议河湟（西戎）事，不合皇上旨意被罢相，改拜检校刑部尚书，以御史大夫出任梓州（今四川三台）刺史，兼剑南东川节度使。未及起程赴任，起居郎、驸马都尉郑颢向宣宗皇帝进谏：世人都称周墀因直言为宰相，今又因直言免官，天下难服。周墀一去，以后朝中还有谁敢直言进谏。宣宗悔悟，追制改拜检校尚书右仆射，加食邑五百户。周墀59岁卒。