试，授翰林院检讨，升任参议，兼任清华学堂总办。1911年，参加中英禁烟问题谈判，使英国政府承认了禁烟原则。1911年11月，袁世凯任内阁总理后，升任外务部左丞。民国建立后，颜惠庆任唐绍仪内阁外交部次长。1913年，任驻德国、瑞典、丹麦三国公使。1920年8月，颜惠庆出任北京政府外交总长；此后，曾三次出任此职，数次兼、代、署理国务总理，摄行总统职权。在北京政府任职期间（包括出使欧洲），颜惠庆曾以中国代表团顾问的身份出席了巴黎和会（1919），筹备、组织了中国代表团参加华盛顿会议（1921），参与了北京关税特别会议（1925）的谈判；为收回日本在山东攫夺的权利和恢复中国关税自主权，斡旋于西方列强之间。他任外交总长时，曾奉令宣布停止沙俄驻华使领待遇，废止沙俄在华特权（1920）；主持废止了中日军事协定，并与德国签订复交条约（1921）。
1926年5月，在奉系的逼迫下，颜惠庆辞去国务总理兼外交总长的职务，隐退于天津。
1931年，九?一八事变后，南京政府急于起用一批北京政府时代的外交官，开展国联外交。颜惠庆应召抵南京，11月，被任命为驻美公使，后又被任命为中国驻国联代表团首席代表，前往日内瓦。在1932年1月召开的国联会议上，他提交了日本侵略中国案，促请国联大会和行政院制裁日本。在国联大会上，痛斥日本的侵华行径，取得了极大成功。同年春天，国际裁军会议也在日内瓦开幕，颜惠庆被任命为中国首席代表，出席会议。会议期间，他和苏联外交人民委员加拉罕积极接触，秘密谈判中苏复交问题。终于在当年12月，于24小时内办妥了复交手续。消息公布后，震惊了世界。 抗日战争爆发后，颜惠庆在上海积极从事社会慈善事业和教育事业。1949年，为反对蒋介石政府继续内战，抱病飞往解放区同中国**代表商谈和平，同年11月，中央人民政府任命他为华东军政委员会副主席、中央人民政府法律委员会委员，1950年5月在上海病逝。