卢仝少有才名，未满20岁便隐居嵩山少室山，不愿仕进。家中贫困，只有图书堆积满室。后卜居洛阳，只有破屋数间，一奴长须，不裹头，一婢赤脚，老而无齿，家中仅靠邻僧送米度日。
卢仝为人清正耿直，朝廷曾两度礼遇要起用他为谏议大夫，均不就。卢全曾经被恶少恐吓，向韩愈诉说，韩愈要为他评理，卢仝考虑到不法之人会恨韩愈，不想再追究此事，韩愈更加佩服他的度量。曾作《月蚀诗》讽刺当时宦官专权，受到韩愈称赞(时韩愈为河南令)，但其他很多人都很不满。
等到甘露之变时，卢仝恰巧与宰相王涯的几位幕僚在相府的书馆中吃饭，于是留宿在此，吏卒秘密行捕，卢仝说：“我是卢山人，和大家没有结怨，有什么罪?”官吏说：“既然是山人，来宰相的宅院，难道不是有罪吗?”仓促忙乱中自己也不能辩解清楚，竟然一同遭受了甘露之祸，被牵连诛杀。卢仝年老没有头发，太监就在他的脑后订个钉子(以行刑)。先前卢仝生个儿子取名“添丁”，人们认为是中了预示吉凶的谶语。
据清乾隆年间萧应植等所撰《济源县志》载：在县西北十二里武山头有“卢仝墓”，山上还有卢仝当年汲水烹茶的“玉川泉”。好友贾岛有《哭卢仝》诗：“平生四十年，惟着白布衣。”