程颐的祖先世代居住在中山博野县，高祖程羽在宋太宗时期任三司使，以辅翊功显，被皇帝赠予“太子少师”，赐宅第於京师开封府。曾祖父程希振任尚书虞部员外郎，祖父程遹迁居河南府伊川县(今嵩县田湖镇程村)，赠开府仪同三司吏部尚书。父亲程珦生于京师开封府泰宁坊，祖父程遹卒于黄陂县时，程珦刚年满二十岁。因无田园可以依靠，于是寄居在黄陂县，奉养母亲。天圣年间，宋仁宗念及太宗朝旧臣，录用旧臣子孙一人，程颐的父亲程珦被选中，任黄陂县、庐陵县县尉，又任兴国县县令，历知龚、凤、磁、汉诸州，后来显贵官至上国柱，皇帝赐予京师泰宁坊宅第，遂再世居京师开封府。
明道二年(1033年)癸酉，程颐出生。程颐自幼小聪明，十四五岁时，与哥哥程颢同时受学于理学创始人周敦颐。
皇祐二年(1050年)，18岁时，就上书朝廷，劝诫仁宗皇宗，指出宋朝社会的危机，开出救治时政阙失的良方，救之当以王道，但宋仁宗未加理会。
宋仁宗嘉佑元年(1056年)，24岁的程颐京师太学读书，主管太学的教育家胡瑗尝以《颜子所好何学论》试诸生，程颐在这篇文章中写道："君子之学，必先明诸心，知所养，然而力行求至，所谓自明而诚也，故学必尽其心。尽其心，则知其性，反而诚之，圣人也"。 这篇文章受到胡瑗赏识，胡瑗授于程颐"处士"的身份。
嘉祐四年(1059年)，程颐廷试落第，遂不参加复试。
宋神宗熙宁五年(1072年)，偕兄于嵩阳讲学。
宋神宗元丰元年(1078年)知扶沟县，“设庠序，聚邑人子以教之”。程颐虽然没有考中进士，但按旧例，程家世代为官，其父程珦享有荫庇子弟当官的特权，而程颐却把每次“任恩子”的机会让给了本家族的其他人，自己没出去做官，长期以“处士”的身分潜心于孔孟之道，并且又大量接收学生，从事讲学活动。
据今尚保存在河南嵩县程村的碑刻记载：宋神宗元丰五年(1082年)，太尉文彦博鉴于程颐“著书立言，名重天下，从游之徒，归门甚众”，就在洛阳鸣皋镇的一个小村庄拨了一块土地，专门为他建修了一座“伊皋书院”，让他在此讲学近20年。
宋神宗元丰八年(1085年)，哲宗即位，王安石变法失败。由司马光、吕公著等人推荐，程颐被授为汝州(今河南临汝县)团练推官，西京(洛阳)国子监教授等职。在司马光等人的推荐书中说，河南隐逸之士程颐，博学好古，安于贫贱，恪守节操，言必忠信，动遵礼义，希望朝廷让他出来做官，委以重任。程颐没有接受任命。次年应诏入京，受命为崇政殿说书，其职务是教皇帝读书。当时的宋哲宗年幼，司马光等人推荐程颐教他读书，共目的是让宋哲宗不再奉行宋神宗的改革政策。程颐就职之前，就给皇帝上奏，提出了君子应重视“涵养气质，薰陶德性”，注重道德修养，还要经常接近品行高尚，敢于当面规劝君主之过失的臣僚。此外，他还提出，要让给皇帝讲书的侍讲官坐着讲，以示“等儒重道之心”(《二程集·论经筵事札子》)。上述建议，表现了自孔、孟以来，儒家学者不遗余力宣扬“圣王之道”和以“帝王之师”自任的本色。就职以后，他经常以向皇帝讲书的机会，借题发挥，议论时政。由于他在君主面前，敢于“议论褒贬，无所顾避”，这就一方面使其名声越来越大，吸引了许多读书人纷纷向他拜师问学，另一方面也引起了一些朝臣对他的不满，有人指责程颐，要求把他“放还田里，以示典刑“(《道命录》)。在这种形势逼迫之下，他只好上书，自动要求辞职回乡。
北宋元祐三年(1088年)起，程颐便基本上脱离了政治生活，在洛阳从事讲学活动。
宋哲宗即位，以司马光的旧党人物上台，司马光、吕公著、韩绛等共同上疏，推荐程颐。宋哲宗元佑元年(1086年)程颐以布衣受诏，任崇政殿说书，程颐竭尽忠诚，训导年幼的哲宗，完全是为了辅助国君实现尧舜之治，巩固封建王朝的统治。程颐由布衣一跃成帝王之师，致使一部分人对他反感，以苏轼为首蜀派同程颐为首的洛派互相攻击，引起了在京城两派对立局面，程颐受到谏议大夫孔文仲的奏劾，被罢去崇政殿说书之职。
北宋绍圣三年(1096年)，在新、旧两党的斗争中，因新党再度执政，他仍被定为反对新党的“奸党”成员，贬到四川涪州(今四川绵阳市)。交地方官管制起来。后来，这种打击又累及于他的儿子和学生。
元符元年(1100年)，宋徽宗即位，迁程颐至峡州(今河南三门峡)，短暂恢复其官位。
崇宁元年(1102年)，恢复新法的宋徽宗还下令追毁了他的全部著作(实际上，由于其著作对巩固封建统治有用，在其门人保护之下，仍被保留下来)。程颐又被夺去官位。卒年75岁。
程颐死后，洛阳地区凡与他有关系的朋友和门生都不敢去送葬。“故祭文惟张绎、范域、孟厚、尹焞四人。”