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。