章纶于明成祖永乐十一年（1413年）出生在温州乐清。正统四年（1439年），章纶登进士第，获授南京礼部主事。

景泰初年，章纶被召回任礼部仪制郎中。章纶见国家多有变故，经常慷慨上书论事。他曾呈上太平十六策，总共达一万余言。也先议和后，章纶请求全力修整武备，以待将来之变。宦官兴安请代宗修建大隆福寺，建成之后，代宗将临幸该寺，章纶与河东盐运判官杨浩均上疏劝谏，代宗便取消前往的计划。章纶又因发生灾异，请求寻找导致灾变的原因，用语非常恳切。

景泰五年（1454年）五月，钟同上奏请求复立储君（即明宪宗朱见深）。两天后，章纶也上疏陈述修德消灾等十四项建议。主要为：“宦官不可干预外朝政事，佞臣不可偷窃事权，后宫不可盛行声色。凡阴盛之类的事，请都禁止。”他又说：“孝悌是百行之本。愿陛下退朝之后朝见两宫皇太后，修问安视膳食之仪。上皇（明英宗）君临天下十四年，是天下之父。陛下曾亲受册封，是上皇之臣。陛下与上皇，形虽异体，实同一人。臣伏读奉迎上皇回宫的诏书说：‘礼惟有加尊而不能降低，义则以卑来奉尊。’望陛下履行这一诺言，或者在初一、十五，或者在节日元旦，率领群臣在延和门朝见上皇，以示兄弟之情，这实是天下的至愿。还要请恢复汪皇后中宫的地位，以正天下之母仪；恢复沂王储君的地位，以定天下之大本。这样则和气充盈，灾异自消。”

奏疏呈入后，代宗大怒。当时太阳落山、宫门已经关闭，代宗于是命将圣旨从门缝中传出，立即将章纶和钟同逮入诏狱。他们受到惨酷的拷打，逼迫他们交待主使人以及交通南宫（上皇住地）的情况。二人濒临死亡，但终无一语。正好刮起大风，飞扬的尘沙使白昼变暗，案情稍得缓解。代宗令禁锢他们。次年，杖打廖庄于宫门之下，并封杖到狱中杖打章纶、钟同各一百下。钟同竟被打死，章纶仍长期关押。

英宗复位后，郭登说章纶和廖庄、林聪、左鼎、倪敬等人都因直言而忤逆了时政，宜加以表彰和提拔。英宗于是立即释放章纶。英宗命内侍宦官寻找章纶先前的奏疏，但找不到。内侍从旁背诵了几句，英宗叹息再三，升章纶为礼部右侍郎。

章纶既因具备大节被英宗所重，但性格仍很刚直，不能随俗。石亨贵幸之后，召公卿去饮酒，章纶推辞不去，又多次与尚书杨善论事意见不合，石亨、杨善便一同贬低章纶。章纶于是被调到南京礼部，又在那里改调到吏部。

宪宗即位后，有关官员根据遗诏请求宪宗举行大婚。章纶说：“先帝山陵尚新，年号还没改，先帝逝世百日即改行吉礼，心中能自安吗？陛下登基之初，应当以孝治天下。三纲五常实根源于此，请待来春之后再举行。”他的建议虽然不被采纳，但天下都很敬重他的话。

成化元年（1465年），两淮闹饥荒，章纶上奏救荒四条建议，都被批准了。

成化四年（1468年）秋，章纶的儿子玄应冒名考中会试。给事中朱清、御史杨智等人因此弹劾章纶，宪宗命侍郎叶盛调查。

成化五年（1469年），章纶与佥都御史高明考察百官，二人意见不合。奏疏呈上后，章纶又独自上奏说给事中王让不参加考察，并且说高明刚愎自用，自己的意见多不见赞同，请求将他与高明一同罢免。他的奏章都下到叶盛等人手中。于是王让以及参加考察的诸臣连着上书弹劾章纶。章纶也多次上疏请求罢免。宪宗不听。后来叶盛等人查出玄应确实是冒名。宪宗宽宥了章纶，而他所奏的其他事情，也都不问。不久，他又转调礼部。温州知府范奎被弹劾调官，章纶说：“温州是臣的故乡，范奎大得民心。他解官之日，士民三万人哭泣攀着车辕，留了十八天才得离去。请求让他回任，以安慰民望。”奏章下到有关部门，竟被搁置。

章纶性戆直，好直言，不为当权者所喜欢。他任侍郎二十年，不得升迁，以年老请求离去。

成化十三年（1477年），在家乡南阁建祖先祠及学校，筑藏书楼。

成化十九年（1483年）三月二十三日（4月28日），章纶逝世，年七十一。

成化二十三年（1487年），章纶的妻子张氏呈上他的奏稿，并请加恩，宪宗嘉奖叹息。七月，宪宗赠章纶为南京礼部尚书，谥号“恭毅”，授予他的一个儿子为鸿胪寺典簿。朝廷为表彰其德行，特立“会魁”、“尚书”牌坊。