裴光庭别名连城，年幼时他父亲裴行俭就去世了。母亲厍狄氏，严守妇道，武则天皇后招进宫廷，任御正，很受亲近宠信，裴光庭因此接连提升为太常丞。
中宗复位后，因为他是武三思的女婿，获罪贬为郢州司马。玄宗开元中叶，提升为兵部郎中、鸿胪少卿。他性情恬静沉默，不爱交朋结友，虽然迅速登上台省高位，人们还没有认可他，后来因为称职，舆论才变为推崇。
玄宗李隆基准备到泰山祭祀天地，中书令张说认为玄宗巡视东方，京城空虚，担心北部异族乘机暗中生事，商议要增加军队防守边境，召见裴光庭参与研究，裴光庭回答说：“到泰山祭祀天地，是报告功业圆满。功业圆满，就是恩德遍布天下，百姓全都安乐，万国全都归附。
如果准备报告功业圆满却担心异族作乱，就不是显示恩德遍布天下；大动兵众，用来防备意外变故，就不是使得百姓安乐；正想让各国同来朝见，但疑惑异族有叛乱野心，不是安抚属国的做法。在这三个方面，就使得到泰山祭祀天地名不副实了。并且在各属国之中，突厥是最大的，它进献财物同我朝交往，希望建立友好关系已有几年了，如果派遣一名使者，请它的大臣到泰山去朝见皇上，一定会愉快地服从命令。突厥接受诏令，那么各个属国的首领必然一块儿前来，我们不必采用军事措施，就不再会出事了。”张说说：“好，我没有考虑到这些。”
于是向玄宗禀奏，采用了裴光庭的策略，突厥果然派遣使者前来朝拜。
从泰山回来以后，裴光庭升任兵部侍郎。过了很久，被任命为中书侍郎、同中书门下平章事，兼任御史大夫。后来改任黄门侍郎，授予侍中，兼任吏部尚书、弘文馆学士。撰写《摇山往则》、《维城前轨》两篇文章进献给玄宗。玄宗亲手写诏赞扬嘉奖，诏令皇太子、各位亲王到光顺门会见裴光庭，感谢他用这两篇文章劝谏的心意。裴光庭还推荐寿安丞李融、拾遗张琪、著作佐郎司马利宾到弘文馆供职，撰写《续春秋经传》，从战国到隋朝，呈递奏表请求玄宗写“经”，裴光庭等人作“传”。这部书很长时间没有写成。当时有人建议唐朝应当属于“金德”，中书令萧嵩请让所有官员都参加讨论。裴光庭认为国家符命载入史册昭示天下已经很长时间了，不能更改，多次禀奏请求停止讨论。开元二十年(732)，封为正平县男。当初，懂星象的人讲，天象出现异常征兆，对大臣不利，请求举行祭祀消除灾祸。裴光庭说“：假使灾祸可以通过祭祀消除，那么富贵寿命就可以通过祈祷得来了！”舆论认为他懂得了天命。去世时，五十八岁，追认为太师。
从前，吏部寻求人才不局限于资历考核，奖励提拔只论他的才干，常常得到贤德的人委任官职，读书人也就自己发奋。以后考官的读书人众多，一心致力于趋炎附势追名逐利，评品人才授予官职又违法背理。裴光庭要扭转这种局面，沿用他父亲裴行俭创造的长名榜，就是依照资格，不论优秀不优秀，一概根据资格考核拟议官职；同时把选拔时间缩短为正月一个月。委任门下省主事阎麟之专门主管审定吏部、兵部六品以下文武官员任命名单，凡是阎麟之裁决的，裴光庭都同意，当时的顺口溜说：“麟之一开口(说出意见)，光庭就动手(下笔批准)。”他一向和萧嵩意见不一，等他一死，萧嵩就奏请玄宗将这些一概停止，裴光庭推荐的人，全部赶出京城去任地方官。博士孙琬由于裴光庭依照资历用人，不合激励原则，拟赠谥号为“克平”，时人认为是迎合萧嵩的心意。玄宗得知后，特地赐给谥号为“忠宪”，诏令中书令张九龄为他撰写碑文。
裴光庭的儿子名稹，靠先辈功劳当官，连续升任为起居郎。开元末年，寿王李瑁由于母亲得到宠爱，玄宗打算立他为太子，裴稹陈述晋献公太子申生、汉武帝太子刘据的悲剧来劝谏，玄宗改变态度表示歉意，诏令授予给事中官职。裴稹说“：陛下堵塞听取劝谏的途径，时间很长，现在我劝谏了一句话就承蒙特别恩宠，那么劝谏的人就会越来越多，拿什么奖赏他们呢？”玄宗认为他的辞让很好，就没有提升他的官职。不久授予祠部员外郎，去世了。裴稹的儿子名倩，别名容卿，曾任信州刺史。鼓励百姓开垦荒地两万亩，根据他的政绩品行赐于金鱼袋和紫服，接替第五琦任度支郎中。
去世，谥号为“节”。裴倩的儿子名均。
裴均别名君齐，参加明经科考试中选任诸暨县尉。多次听从州府征招办事，性情固执，以才干闻名。张建封镇守濠、寿二州，上表朝廷请求任命裴均为团练判官。当时，李希烈凭借淮、蔡二州叛乱，张建封抵御叛军，裴均当他的参谋助手。因为立功授予上柱国头衔，继承正平县男爵号。改任膳部郎中，提升为荆南节度行军司马，接着任命为荆南节度使。刘辟叛乱，先骚扰黔州、巫州，进逼荆州、楚州，巩固地盘，裴均派遣精兵三千人，迎头痛击叛军，叛军一见势头就逃跑退却。回京任检校吏部尚书。
当初，裴均和崔太素一同侍奉太监窦文场，崔太素一次清晨去看望窦文场，被引进卧室，自以为窦文场对他感情深厚，慢慢看到后边的床上有个频频伸展肢体的人，原来是裴均。德宗李适认为裴均担任的是个地方军事长官节度使，想提升他当宰相，谏官李约呈递奏疏指责裴均是窦文场的养子，不能让他玷污宰相的称号，就作罢了。
宪宗元和三年(808)，入朝任尚书右仆射，兼任度支。每月初一上朝按册点名、给予文书、传递印信，都是尚书郎办理，四品五品的文武官员、郎官、御史在堂前阶下对他行拜礼，御史中丞、左右丞登上台阶回拜，人们认为礼仪过于隆重。
很快被授予检校左仆射、同中书门下平章事，任山南东道节度使，连续封到郇国公爵位。用财物结交有权势受宠幸的人，任将相共十多年，享乐放纵没有节制。去世，六十三岁，追认为司空。